Typer samfunn av organismer (økosystem, biogeocenose, biosfære). Målsetting av de viktigste biologiske systemene: organisme, befolkning, samfunn og biosfære Den menneskelige faktorens rolle i utviklingen av biosfæren

Det øvre laget av litosfæren og i jorddekket. Biosfæren er med andre ord et enkelt dynamisk system på jordens overflate, skapt og regulert av liv. Biosfæren er habitatet til levende organismer.

Biosfæren, som et spesifikt jordskall, forener den nedre delen av luftskallet (atmosfæren) - den såkalte troposfæren, hvor aktivt liv kan eksistere opp til en høyde på 10-15 km; hele vannskallet (hydrosfæren), der livet trenger inn til de største dyp som overstiger 11 km; den øvre delen av det faste skallet (litosfæren) er forvitringsskorpen, vanligvis med en tykkelse på 30 - 60 m, og noen ganger 100 - 200 m eller mer. (Forvitringsskorpen er en samling av geologiske forekomster dannet av produktene fra nedbrytning og utlekking av bergarter av forskjellige sammensetninger, som forblir på opprinnelsesstedet eller beveger seg et kort stykke, men ikke mister forbindelsen med "overordnet" bergart.) Utenfor forvitringsskorpen kan liv bare oppdages i noen tilfeller. Det ble således funnet mikroorganismer i oljeførende vann på mer enn 4500 meters dyp. Hvis vi inkluderer i biosfæren og hvor eksistensen av hvilende rudimenter av organismer er mulig, vil den vertikalt nå 25 - 40 km. Spesielle feller installert på raketter oppdaget tilstedeværelsen av mikroorganismer i høyder på opptil 85 km.

Livsprosesser påvirker ikke bare områdene der aktivt liv forekommer, men også de øvre lagene av litosfæren - stratosfæren, hvis mineralogiske og elementære sammensetning er dannet av den geologiske fortiden. Tykkelsen på stratosfæren, ifølge V.I. Vernadsky, er 5 - 6 km. Stratosfæren skapes hovedsakelig av organismer, vann og, som behandler og flytter sedimentære bergarter etter at de er hevet over vannet.

Det er områder innenfor biosfæren hvor aktivt liv er umulig. Således, i de øvre lagene av troposfæren, så vel som i de kaldeste og varmeste områdene på kloden, kan organismer bare eksistere i en hviletilstand. Helheten av disse områdene i biosfæren kalles parabiosfæren. Men selv i de områdene av biosfæren hvor organismer kan eksistere i en aktiv tilstand, er livet ujevnt fordelt.
"Et kontinuerlig lag av levende materie," som V.I. Vernadsky kalte det, okkuperer vannsøylen og strekker seg i en smal stripe mellom troposfæren, inkludert jorda og undergrunnen med planterøtter, sopp, mikroorganismer og jorddyr lokalisert i dem, og bakken del av troposfæren der de overjordiske delene av planter er lokalisert og hoveddelen av deres pollen, sporer og frø overføres. Dette "kontinuerlige laget av levende materie" kalles fytosfæren (eller fytogeosfæren), siden planter er de viktigste energilagringsenhetene i den. Tykkelsen på fytosfæren er stor bare i havene, hvor den er litt høyere enn 11 km, og på land måles den i meter eller titalls meter og bare i visse, små regioner øker den til 100 - 150 m. Dessuten, i litosfæren og hydrosfæren, samt på På grensen til troposfæren utfører organismer hele utviklingssyklusen, mens i selve troposfæren kan levende vesener bare oppholde seg midlertidig, siden de ikke kan formere seg her.

Hva er hovedtrekkene til biosfæren som jordens skall?

Det første tegnet: den kjemiske sammensetningen skapt av den vitale aktiviteten til levende organismer.

Det andre tegnet: tilstedeværelsen av flytende vann i betydelige mengder.

Tredje tegn: en kraftig strøm av energi fra solen.

Det fjerde tegnet: tilstedeværelsen av et grensesnitt mellom stoffer i flytende, fast og gassform. Tilstedeværelsen av fritt oksygen er også svært viktig for den moderne biosfæren.

V.I. Vernadsky betraktet livet, den totale aktiviteten til alle organismer på jorden, for å være den kraftigste geokjemiske faktoren som transformerer jordens overflate, en energifaktor av planetarisk skala og betydning, som han skrev om: "Uansett hva livets fenomener består av , energien som frigjøres av organismer der, er i hoveddelen, og kanskje helt, den strålende energien til solen. Gjennom organismer regulerer den de kjemiske manifestasjonene av jordskorpen.» V.I. Vernadsky forsto biosfæren som alle de lagene av jordskorpen som gjennom geologisk historie ble påvirket av aktiviteten til organismer. Og det er ingen tilfeldighet at V.I. Vernadsky åpner sitt verk "Essays on Geochemistry" (1934) med kapittelet "Vitenskapen i det tjuende århundre": først på 1900-tallet. ideer om jordens geosfærer, strukturen til atomer av kjemiske elementer, sykliske eller organogene elementer, og mekanismene for geokjemiske transformasjoner ble dannet. Dette tillot forskeren å hevde: "Hvirvelen av atomer som kommer inn og forlater en levende organisme er etablert av en viss organisering av livsmiljøet, en geologisk bestemt mekanisme til planeten - biosfæren."

OM KAPITTELET

1. Introduksjon

2. Analytisk del

2.1. Strukturen til biosfæren ................................................... ............................................ 4

2.2. Utviklingen av biosfæren ................................................... ........................... 6

2.3. Naturressurser og deres bruk ................................................ ................... 8

2.4. Stabiliteten til biosfæren ................................................... ...................................... 10

2.5. Økosystemenes bioproduktivitet................................................... ............... 12

2.6. Biosfæren og mennesket. Noosfæren ................................................... ........... 15

2.7. Den menneskelige faktorens rolle i utviklingen av biosfæren........................................... 16

2.8. Økologiske problemer i biosfæren ................................................... ...................... ....

2.9. Naturvern og utsikter for rasjonell miljøforvaltning........................................... ........................................................ ............................................................ 17

3. Konklusjon

INTRODUKSJON

Bokstavelig oversatt betyr begrepet "biosfære" livets sfære, og i denne forstand ble det først introdusert i vitenskapen i 1875 av den østerrikske geologen og paleontologen Eduard Suess (1831 – 1914). Men lenge før dette, under andre navn, spesielt "livets rom", "naturbilde", "levende skall av jorden", etc., ble innholdet vurdert av mange andre naturforskere.

Opprinnelig betydde alle disse begrepene bare helheten av levende organismer som levde på planeten vår, selv om noen ganger deres forbindelse med geografiske, geologiske og kosmiske prosesser ble indikert, men samtidig ble oppmerksomheten heller trukket mot avhengigheten av levende natur av kreftene og stoffer av uorganisk natur. Selv forfatteren av begrepet "biosfære", E. Suess, i sin bok "The Face of the Earth", publisert nesten tretti år etter introduksjonen av begrepet (1909), la ikke merke til den omvendte effekten av biosfæren og definerte det som "et sett av organismer begrenset i rom og tid og som lever på jordens overflate."

Den første biologen som tydelig påpekte den enorme rollen til levende organismer i dannelsen av jordskorpen var J.B. Lamarck (1744 - 1829). Han understreket at alle stoffene som ligger på overflaten av kloden og danner skorpen, ble dannet på grunn av aktiviteten til levende organismer.

Biosfæren (i moderne forstand) er et slags jordskall som inneholder hele helheten av levende organismer og den delen av planetens substans som er i kontinuerlig utveksling med disse organismene.

Biosfæren dekker den nedre delen av atmosfæren, hydrosfæren og den øvre delen av litosfæren.

Alle levende organismer som bor på planeten vår eksisterer ikke alene, de er avhengige av miljøet og opplever dets innflytelse. Dette er et nøyaktig koordinert kompleks av mange miljøfaktorer, og tilpasningen av levende organismer til dem bestemmer muligheten for eksistensen av alle slags former for organismer og den mest varierte dannelsen av livet deres.

Levende natur er et komplekst organisert, hierarkisk system. Det er flere nivåer av organisering av levende materie.

1. Molekylær. Ethvert levende system manifesterer seg på nivået av interaksjon av biologiske makromolekyler: nukleinsyrer, polysakkarider og andre viktige organiske stoffer.

2. Mobil. Cellen er den strukturelle og funksjonelle enheten for reproduksjon og utvikling av alle levende organismer som lever på jorden. Det er ingen ikke-cellulære former for liv, og eksistensen av virus bekrefter bare denne regelen, fordi de kan vise egenskapene til levende systemer bare i celler.

3. Økologisk. En organisme er et integrert encellet eller flercellet levende system som er i stand til uavhengig eksistens. En flercellet organisme er dannet av en samling av vev og organer som er spesialisert til å utføre ulike funksjoner.

4. Populasjonsarter. En art forstås som et sett av individer som er like i strukturell og funksjonell organisering, har samme karyotype og en enkelt opprinnelse og okkuperer et visst habitat, fritt avler med hverandre og produserer fruktbart avkom, preget av lignende oppførsel og visse forhold med hverandre. andre arter og faktorer av livløs natur.

Et sett med organismer av samme art, forent av et felles habitat, skaper en populasjon som et system av supraorganismal orden. I dette systemet utføres de enkleste, elementære evolusjonære transformasjonene.

5. Biogeocenotisk. Biogeocenosis er et samfunn, et sett med organismer av forskjellige arter og varierende kompleksitet i organisasjonen med alle faktorene i deres spesifikke habitat - komponenter i atmosfæren, hydrosfæren og litosfæren.

6.Biosfære. Biosfæren er det høyeste nivået av organisering av liv på planeten vår. Den inneholder levende materie - helheten av alle levende organismer, ikke-levende eller inert materie og bio-inert materie (jord).

ANALYTISK DEL.

1. Struktur av biosfæren.

Biosfæren inkluderer: levende materie, dannet av en samling av organismer; næringsstoff, som er opprettet i prosessen med vital aktivitet av organismer (atmosfæriske gasser, kull, olje, torv, kalkstein, etc.); inert materie, som er dannet uten deltakelse av levende organismer; bioinert stoff, som er et felles resultat av den vitale aktiviteten til organismer og ikke-biologiske prosesser (for eksempel jord).

Inert materie i biosfæren.

Biosfærens grenser bestemmes av miljøfaktorer som gjør eksistensen av levende organismer umulig. Den øvre grensen passerer i en høyde på omtrent 20 km fra planetens overflate og er begrenset av et ozonlag, som blokkerer den livsødeleggende kortbølgelengde ultrafiolette strålingen fra solen. Dermed kan levende organismer eksistere i troposfæren og nedre stratosfære. I hydrosfæren til jordskorpen trenger organismer gjennom hele verdenshavets dyp - opptil 10-11 km. I litosfæren finnes liv på en dybde på 3,5-7,5 km, som bestemmes av temperaturen på jordens indre og tilstanden for penetrering av flytende vann.

Atmosfære.

De dominerende elementene i atmosfærens kjemiske sammensetning: N 2 (78 %), O 2 (21 %), CO 2 (0,03 %). Atmosfærens tilstand har stor innflytelse på fysiske, kjemiske og biologiske prosesser på jordoverflaten og i vannmiljøet. For biologiske prosesser er de viktigste: oksygen, brukt til respirasjon og mineralisering av dødt organisk materiale, karbondioksid, involvert i fotosyntesen, og ozon, som skjermer jordoverflaten mot hard ultrafiolett stråling. Nitrogen, karbondioksid og vanndamp ble hovedsakelig dannet på grunn av vulkansk aktivitet, og oksygen som et resultat av fotosyntese.

Hydrosfære.

De dominerende elementene i den kjemiske sammensetningen av hydrosfæren: Na +, Mg 2+, Ca 2+, Cl -, S, C. Vann er den viktigste komponenten i biosfæren og en av de nødvendige faktorene for eksistensen av levende organismer . Hoveddelen (95%) ligger i verdenshavet, som okkuperer omtrent 70% av jordklodens overflate og inneholder 1300 millioner km 3. Overflatevann (innsjøer, elver) omfatter bare 0,182 millioner km 3, og vannmengden i levende organismer er bare 0,001 millioner km 3. Isbreer inneholder betydelige vannreserver (24 millioner km 3). Gasser oppløst i vann er av stor betydning: oksygen og karbondioksid. Mengden deres varierer mye avhengig av temperatur og tilstedeværelsen av levende organismer. Det er 60 ganger mer karbondioksid i vann enn i atmosfæren. Hydrosfæren ble dannet i forbindelse med utviklingen av litosfæren, som i løpet av jordens geologiske historie frigjorde store mengder vanndamp.

Litosfæren.

De dominerende elementene i den kjemiske sammensetningen av hydrosfæren: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Hoveddelen av organismer som lever i litosfæren er lokalisert i jordlaget, hvis dybde ikke overstiger flere meter. Jord inkluderer mineraler dannet under ødeleggelsen av bergarter, og organiske stoffer - avfallsprodukter fra organismer.

Levende organismer (levende stoffer).

Selv om grensene til biosfæren er ganske smale, er levende organismer innenfor dem svært ujevnt fordelt. I store høyder og i dypet av hydrosfæren og litosfæren er organismer relativt sjeldne. Livet er hovedsakelig konsentrert på jordoverflaten, i jorda og i havets overflatenære lag. Den totale massen av levende organismer er estimert til 2,43x10 12 tonn Biomassen til organismer som lever på land er 99,2 % representert av grønne planter og 0,8 % av dyr og mikroorganismer. I motsetning til dette, i havet, står planter for 6,3 %, og dyr og mikroorganismer står for 93,7 % av den totale biomassen. Livet er hovedsakelig fokusert på land. Den totale biomassen i havet er bare 0,03x1012 tonn, eller 0,13% av biomassen til alle skapninger som lever på jorden.

Et viktig mønster er observert i fordelingen av levende organismer etter artssammensetning. Av det totale antallet arter er 21 % planter, men deres bidrag til den totale biomassen er 99 %. Blant dyrene er 96 % av artene virvelløse dyr og bare 4 % er virveldyr, hvorav en tidel er pattedyr. Massen av levende stoff er bare 0,01-0,02 % av biosfærens inerte stoff, men det spiller en ledende rolle i geokjemiske prosesser. Organismer henter stoffer og energi som er nødvendig for metabolisme fra miljøet. Begrensede mengder levende materiale gjenskapes, transformeres og brytes ned. Hvert år, takket være den vitale aktiviteten til planter og dyr, reproduseres omtrent 10 % av biomassen.

2. Evolusjon av biosfæren.

Alle komponenter i biosfæren samhandler tett med hverandre, danner et integrert, komplekst organisert system, utvikler seg i henhold til sine egne indre lover og under påvirkning av ytre krefter, inkludert kosmiske (solstråling, gravitasjonskrefter, solens magnetfelt, Månen og andre himmellegemer)

Ifølge moderne ideer er utviklingen av en livløs geosfære, dvs. skall dannet av jordens substans oppstod i de tidlige stadiene av eksistensen til planeten vår, for milliarder av år siden. Endringer i jordens utseende var assosiert med geologiske prosesser som skjedde i jordskorpen, på overflaten og i de dype lagene av planeten og ble manifestert i vulkanutbrudd, jordskjelv, jordskorpebevegelser og fjellbygging. Slike prosesser foregår fortsatt på de livløse planetene i solsystemet og deres satellitter - Mars, Venus og Månen.

Med fremveksten av liv (selvutviklende stabile former), først sakte og svakt, deretter stadig raskere og mer betydelig, begynte påvirkningen av levende materie på jordens geologiske prosesser å manifestere seg.

Aktiviteten til levende materie, som har trengt inn i alle hjørner av planeten, har ført til fremveksten av en ny formasjon - biosfæren - et tett sammenkoblet enhetlig system av geologiske og biologiske kropper og prosesser for transformasjon av energi og materie. Omfanget av transformasjoner utført av levende materie har nådd planetariske proporsjoner, noe som har endret jordens utseende og utvikling betydelig.

Så, for eksempel, som et resultat av prosessen med fotosyntese - aktiviteten til grønne planter, ble den moderne gasssammensetningen av atmosfæren dannet, oksygen dukket opp i den. I sin tur er aktiviteten til fotosyntese betydelig påvirket av konsentrasjonen av karbondioksid i atmosfæren, tilstedeværelsen av fuktighet og varme.

Jord er helt og holdent et resultat av aktiviteten til levende materie i et inert (ikke-levende) miljø. Den avgjørende rollen i denne prosessen tilhører klima, topografi, aktiviteten til mikroorganismer og planter, og foreldrebergarter. Biosfæren, som har dukket opp og dannet for 1-2 milliarder år siden (de første oppdagede restene av levende organismer dateres tilbake til denne tiden), er i konstant dynamisk balanse og utvikling.

I biosfæren, som i ethvert økosystem, er det en vannsyklus, planetariske bevegelser av luftmasser, så vel som en biologisk syklus, preget av kapasitet - antall kjemiske elementer som samtidig er en del av levende materie i et gitt økosystem, og hastighet - mengden levende stoff som dannes og brytes ned i tidsenhet. Som et resultat opprettholdes en stor geologisk syklus av stoffer på jorden, der hvert grunnstoff er preget av sin egen migrasjonshastighet i store og små sykluser. Hastighetene til alle sykluser av individuelle elementer i biosfæren er nært knyttet til hverandre.

Syklusene av energi og materie etablert over mange millioner år i biosfæren er selvopprettholdende på global skala, selv om lokale endringer i strukturen og egenskapene til individuelle økosystemer (biogeocenoser) som utgjør biosfæren kan være betydelige.

Selv i de tidlige stadiene av evolusjonen spredte levende materie seg over planetens livløse rom, og okkuperte alle steder som potensielt er tilgjengelige for liv, endrer dem og gjør dem til habitater. Og allerede i eldgamle tider okkuperte forskjellige livsformer og arter av planter, dyr, mikroorganismer og sopp hele planeten. Levende organisk materiale kan finnes i dypet av havet, og på toppen av de høyeste fjellene, og i den evige snøen i polarområdet, og i det varme vannet i kilder i vulkanske områder.

V.I. Vernadsky kalte denne evnen til å distribuere levende materie «livets allestedsnærværende».

Utviklingen av biosfæren fulgte veien med å komplisere strukturen til biologiske samfunn, multiplisere antall arter og forbedre deres tilpasningsevne. Den evolusjonære prosessen ble ledsaget av en økning i effektiviteten av konvertering av energi og materie av biologiske systemer: organismer, populasjoner, samfunn.

Høydepunktet for utviklingen av livet på jorden var mennesket, som, som en biologisk art, basert på en rekke endringer, skaffet seg ikke bare bevissthet (den perfekte formen for å vise omverdenen), men også evnen til å lage og bruke verktøy i sin liv.

Gjennom arbeidsverktøy begynte menneskeheten å skape et praktisk talt kunstig miljø for sitt habitat (bosetninger, hjem, klær, mat, biler og mye mer). Siden den gang har utviklingen av biosfæren gått inn i en ny fase, hvor den menneskelige faktoren har blitt en mektig naturlig drivkraft.

Naturressurser og deres bruk.

Biologiske, inkludert mat, ressurser på planeten bestemmer mulighetene for menneskelig liv på jorden, og mineral- og energiressurser tjener som grunnlag for den materielle produksjonen av det menneskelige samfunn. Blant naturressursene på planeten er det uttømmelig Og uuttømmelig ressurser.

Uuttømmelige ressurser.

Uuttømmelige ressurser er delt inn i rom, klima og vann. Dette er energien til solstråling, havbølger og vind. Med tanke på den enorme massen av luft og vann på planeten, anses atmosfærisk luft og vann som uuttømmelig. Utvalget er relativt. For eksempel kan ferskvann allerede betraktes som en begrenset ressurs, siden det har oppstått akutt vannmangel i mange regioner på kloden. Vi kan snakke om ujevnheten i fordelingen og umuligheten av å bruke den på grunn av forurensning. Atmosfærisk oksygen regnes også konvensjonelt som en uuttømmelig ressurs.

Moderne miljøforskere mener at med det nåværende teknologinivået for bruk av atmosfærisk luft og vann, kan disse ressursene betraktes som uuttømmelige bare når man utvikler og implementerer store programmer som tar sikte på å gjenopprette kvaliteten.

Uttømmelige ressurser.

Uttømmelige ressurser deles inn i fornybare og ikke-fornybare.

Fornybare ressurser inkluderer flora og fauna og jords fruktbarhet. Blant de fornybare naturressursene spiller skog en stor rolle i menneskelivet. Skogen har ikke liten betydning som geografisk og miljømessig faktor. Skog hindrer jorderosjon og holder på overflatevann, d.v.s. fungerer som fuktakkumulatorer og bidrar til å opprettholde grunnvannsnivået. Skoger er hjemsted for dyr av materiell og estetisk verdi for mennesker: hovdyr, pelsdyr og vilt. I vårt land opptar skoger omtrent 30 % av landets totale landmasse og er en av naturressursene.

Ikke-fornybare ressurser inkluderer mineraler. Bruken av dem av mennesker begynte i den neolitiske epoken. De første metallene som ble brukt var innfødt gull og kobber. De var i stand til å utvinne malm som inneholdt kobber, tinn, sølv og bly allerede 4000 f.Kr. For tiden har mennesket ført den overveiende delen av kjente mineralressurser inn i sin industrielle aktivitet. Hvis en person i begynnelsen av sivilisasjonen bare brukte rundt 20 kjemiske elementer for sine behov, på begynnelsen av 1900-tallet - omtrent 60, men nå mer enn 100 - nesten hele det periodiske systemet. Omtrent 100 milliarder tonn malm, brensel og mineralgjødsel utvinnes (ekstraheres fra geosfæren) årlig, noe som fører til utarming av disse ressursene. Stadig flere ulike malmer, kull, olje og gass utvinnes fra jordens tarm. Under moderne forhold er en betydelig del av jordoverflaten pløyd eller representerer helt eller delvis dyrket beitemark for husdyr. Utviklingen av industri og landbruk krevde store områder for bygging av byer, industribedrifter, utvikling av mineralressurser og bygging av kommunikasjon. Til dags dato har derfor rundt 20 % av landet blitt forvandlet av mennesker.

Betydelige områder av landoverflaten er ekskludert fra menneskelig økonomisk aktivitet på grunn av akkumulering av industriavfall på den og umuligheten av å bruke områder der gruvedrift og mineralressurser utvinnes.

Mennesket har alltid brukt miljøet hovedsakelig som en kilde til ressurser, men i svært lang tid hadde hans aktiviteter ikke en merkbar innvirkning på biosfæren. Først på slutten av forrige århundre vakte endringer i biosfæren under påvirkning av økonomisk aktivitet oppmerksomheten til forskere. Disse endringene har økt og påvirker for tiden den menneskelige sivilisasjonen. Menneskeheten streber etter å forbedre sine levekår og øker stadig tempoet i materiell produksjon, uten å tenke på konsekvensene. Med denne tilnærmingen blir det meste av ressursene hentet fra naturen tilbakeført til den i form av avfall, ofte giftig eller ikke egnet for deponering. Dette utgjør en trussel mot både eksistensen av biosfæren og mennesket selv.

4. Stabilitet av biosfæren.

Hva er stabiliteten til biosfæren, det vil si dens evne til å gå tilbake til sin opprinnelige tilstand etter forstyrrende påvirkninger? Den er veldig stor. Biosfæren har eksistert i omtrent 3,8 milliarder år (solen og planetene er omtrent 4,6 milliarder) og i løpet av denne tiden har dens utvikling ikke blitt avbrutt: dette følger av det faktum at alle levende organismer, fra virus til mennesker, har samme genetiske a kode skrevet i et DNA-molekyl, og deres proteiner er bygget av 20 aminosyrer, det samme i alle organismer. Og uansett hvor stor den urovekkende påvirkningen var, og noen av dem kan klassifiseres som globale katastrofer som førte til utryddelse av mange arter, var det alltid interne reserver i biosfæren for restaurering og utvikling.

Bare i løpet av de siste 570 millioner årene har det vært seks store katastrofer. Som et resultat av en av dem falt antallet familier av marine dyr med mer enn 40%. Den største katastrofen på grensen til perm- og triasperioden (240 millioner år siden) førte til utryddelse av rundt 70 % av artene, og katastrofen på grensen til kritt- og tertiærperioden (67 millioner år siden) førte til at utryddelse av nesten halvparten av artene (da ble også dinosaurer utryddet).

Årsakene til slike katastrofer kan være forskjellige: klimaavkjøling, store vulkanutbrudd med omfattende lavautbrudd, havtilbaketrekk, nedslag fra store meteoritter - biotaen er fortsatt utviklet, tilpasser seg miljøet og har samtidig en kraftig transformativ innflytelse på sistnevnte. Dannelsen av atmosfærisk oksygen og økningen i dens konsentrasjon viste seg forresten også å være katastrofal for noen arter - de ble utryddet, samtidig som utviklingen av andre akselererte. Karbondioksidinnholdet i atmosfæren har redusert tilsvarende. Karbon begynte å samle seg i biota og detritus (dødt organisk materiale: bladstrø, tørkede trær, torv, kull, olje) og omdannes til kull, olje og gass. I havene ble det dannet tykke marine avsetninger av karbonater (kalkstein, kritt, marmor) og silikater fra skjell og skjeletter av marine organismer. Båndede jernmalmer, som utgjør de viktigste industrielle reservene av jern, inkludert reservene til Kursk magnetiske anomali, ble dannet for rundt 2 milliarder år siden under påvirkning av oksygen frigjort av fotosyntetiske bakterier (først etter at oksygen begynte å samle seg i atmosfæren ). En rekke organismer som akkumulerer visse elementer deltok i dannelsen av forekomster av andre mineraler.

Biota har gått gjennom en enorm evolusjonær vei fra de enkleste organismer til dyr og planter og har nådd artsmangfold, som forskere anslår til 2-10 millioner arter av dyr, planter og mikroorganismer, som hver har okkupert sin egen økologiske nisje.

Tilstanden til biotaen bestemmes hovedsakelig av de fysisk-kjemiske egenskapene til miljøet. Vi kaller settet med gjennomsnittlige langsiktige egenskaper for atmosfæren, hydrosfære og landklima. Den viktigste klimatiske karakteristikken - temperaturen på jordens overflate - har endret seg relativt lite under utviklingen av biota (med den nåværende verdien av den gjennomsnittlige globale temperaturen 288 0 K (Kelvin-skalaen teller grader fra absolutt null, 288 0 = 15 0) endringer , tatt i betraktning istidene, oversteg ikke 10-20 0).

Selv om fysiske og kjemiske prosesser i miljøet har en viss innflytelse på tilstanden til økosystemene og biosfæren som helhet, er også den motsatte påvirkningen av biota på miljøet sterk. Dessuten påvirker det både positive og negative tilbakemeldinger, slik at utviklingen noen ganger akselererer og noen ganger bremser ned.

Men denne syklusen er ikke lukket, ikke stasjonær, som vist av geologiske data og teoretiske modeller som inneholder CO 2 i atmosfæren (og tilhørende O 2-innhold) de siste 570 millioner årene har svingt flere ganger, og mengden CO 2 hver tiden redusert eller økt flere ganger én gang. I noen tilfeller bidro dette til utviklingen av biota, mens det i andre forstyrret.

Den langsomme geokjemiske syklusen er heller ikke lukket: CO 2 kommer inn i atmosfæren gjennom vulkaner, men brukes på forvitring av bergarter og dannelse av biota. Noe av det atmosfæriske karbonet avsettes og begraves i lang tid, og skaper reserver av fossilt brensel, og det frigjorte oksygenet kommer inn i atmosfæren. Som et resultat, over 4 milliarder år, sank konsentrasjonen av CO 2 i atmosfæren med 100 - 1000 ganger (på grunn av svekkelsen av vulkanismen, som et resultat av forbruket av radioaktive elementer i jordens tarmer), noe som negativt påvirket plantenæring. Samtidig akselererte akkumuleringen av oksygen i atmosfæren utviklingen av biota kraftig, men var ikke gunstig for de mest anaerobe (oksygenfrie) organismene, som et resultat av hvis vitale aktivitet oksygen dukket opp. De ble nesten fullstendig erstattet av nye aerobe organismer.

Biotas store påvirkning på miljøet har ført til at enkelte forskere har konkludert med at biota kunne opprettholde forhold i miljøet som var gunstige for livet. Men denne hypotesen motsier en rekke faktorer (masseutryddelser, forsvinning av milliarder av arter), så vel som Darwins evolusjonsteori. Biotaen opprettholdt ikke miljøforhold optimale for levende organismer, så mange organismer og arter kunne ikke overleve endringer i geografiske og klimatiske forhold. Det er anslag på at flere milliarder arter har forsvunnet i løpet av biosfærens eksistens, mens det nå eksisterer flere millioner. Men organismer som klarte å overleve skiftende forhold ga opphav til nye arter. Det var tilpasning til skiftende miljøforhold som skapte mange og tilpassede arter, det vil si at den drev evolusjonen, som Darwin først viste. Hvis antakelsen var riktig om at biotaen som eksisterer på et bestemt tidspunkt kunne opprettholde miljøparametere innenfor sine optimale grenser, så kunne klimaet og den rike vegetasjonen i karbonperioden nå eksistere, men utviklingen av biotaen ville opphøre.

Det er bevis på at fremveksten av mennesker som art ble tilrettelagt av de vanskelige miljøforholdene som våre forfedre levde under. Da han lærte å opprettholde gunstige forhold for sin eksistens, opphørte hans evolusjon som en biologisk art, erstattet av utviklingen av samfunnet.

Så i prosessen med biotautvikling var det perioder med bærekraftig utvikling og perioder med katastrofer.

Bioproduktivitet til økosystemer.

Hastigheten som økosystemprodusenter fikserer solenergi i de kjemiske bindingene til syntetisert organisk materiale med bestemmer produktivitet fellesskap. Den organiske massen skapt av planter per tidsenhet kalles fellesskapets primærproduksjon. Produkter uttrykkes kvantitativt i den våte eller tørre massen av planter eller i energienheter - tilsvarende antall joule.

Brutto primærproduksjon- mengden stoff som skapes av planter per tidsenhet ved en gitt fotosyntesehastighet. En del av denne produksjonen går til å opprettholde den vitale aktiviteten til plantene selv (bruke på respirasjon). Denne delen kan være ganske stor; den varierer fra 40 til 70 % av bruttoproduksjonen. Den resterende delen av den skapte organiske massen karakteriserer netto primærproduksjon, som representerer mengden plantevekst, energireserven for forbrukere og nedbrytere. Den blir behandlet i næringskjeder og brukes til å fylle opp massen av heterotrofe organismer. Økningen i massen av forbrukere per tidsenhet er fellesskaps sekundære produkter. Det beregnes separat for hvert trofisk nivå, fordi Økningen i masse på hver av dem oppstår på grunn av energien som kommer fra den forrige. Heterotrofer, som er inkludert i trofiske kjeder, lever til slutt av fellesskapets netto primærproduksjon. I forskjellige økosystemer konsumerer de det til ulik fullstendighet. Hvis hastigheten på primærproduksjonen i næringskjedene henger etter planteveksttakten, fører dette til en gradvis økning i den totale biomassen til produsentene. Biomasse forstås som den totale massen av organismer i en gitt gruppe eller hele samfunnet som helhet. Biomasse uttrykkes ofte i ekvivalente energienheter.

Utilstrekkelig utnyttelse av søppelprodukter i nedbrytningskjeder gir opphopning av organisk materiale, som for eksempel oppstår når myrer blir torv og grunne vannforekomster gror igjen. Biomassen til et samfunn med en balansert syklus av stoffer forblir relativt konstant, fordi Nesten all primærproduksjon brukes til ernæring og reproduksjon.

Det viktigste praktiske resultatet av energitilnærmingen til studiet av økosystemer var implementeringen av forskning under det internasjonale biologiske programmet, utført av forskere fra hele verden siden 1969 for å studere den potensielle biologiske produktiviteten til jorden.

Den globale fordelingen av primære biologiske produkter er ekstremt ujevn. Den største absolutte økningen i plantelivet når et gjennomsnitt på 25 g per dag under svært gunstige forhold. Over store områder overstiger ikke produktiviteten 0,1 g/m (varme ørkener og polare ørkener). Den totale årlige produksjonen av tørt organisk materiale på jorden er 150-200 milliarder tonn. Omtrent en tredjedel av det dannes i havene, omtrent to tredjedeler på land. Nesten all jordens netto primærproduksjon tjener til å støtte livet til alle heterotrofe organismer. Energi som er underutnyttet av forbrukerne lagres i deres kropper, organiske sedimenter av vannmasser og jordhumoer.

Effektiviteten av solstrålingsbinding av vegetasjon avtar med mangel på varme og fuktighet, med ugunstige fysiske og kjemiske egenskaper til jorda, etc. Vegetasjonsproduktiviteten endres ikke bare under overgangen fra en klimasone til en annen, men også innenfor hver sone.

For de fem kontinentene i verden varierer gjennomsnittlig produktivitet relativt lite. Unntaket er Sør-Amerika, i de fleste hvor forholdene for utvikling av vegetasjon er svært gunstige.

Folks ernæring leveres hovedsakelig av landbruksvekster, som opptar omtrent 10 % av landarealet (omtrent 1,4 milliarder hektar). Den totale årlige økningen av kulturplanter er om lag 16 % av den totale landproduktiviteten, hvorav det meste er i skog. Omtrent 1/2 av avlingen går direkte til menneskelig ernæring, resten brukes til å fôre husdyr, brukes i industrien og går tapt i avfall. Totalt bruker mennesker omtrent 0,2 % av jordens primærproduksjon.

Plantemat er energimessig billigere for mennesker enn animalsk mat. Jordbruksområder, med rasjonell bruk og distribusjon av produkter, kan støtte omtrent det dobbelte av jordens nåværende befolkning. Men dette krever mye arbeidskraft og kapitalinvesteringer. Det er spesielt vanskelig å forsyne befolkningen med sekundærprodukter. En persons kosthold bør inneholde minst 30 g protein per dag. Ressursene som er tilgjengelige på jorden, inkludert husdyrprodukter og resultatene av fiske på land og i havet, kan årlig gi omtrent 50 % av behovene til den moderne befolkningen på jorden. Flertallet av verdens befolkning er dermed i en tilstand av proteinsult, og en betydelig andel av mennesker lider også av generell underernæring.

Økning av bioproduktiviteten til økosystemene, og spesielt sekundærprodukter, er derfor en av hovedutfordringene menneskeheten står overfor.

6. Biosfæren og mennesket. Noosfære.

Vernadsky, som analyserer jordens geologiske historie, argumenterer for at det er en overgang av biosfæren til en ny tilstand - inn i noosfæren under påvirkning av en ny geologisk kraft, menneskehetens vitenskapelige tanke. I verkene til Vernadsky er det imidlertid ingen fullstendig og konsistent tolkning av essensen av den materielle noosfæren som en transformert biosfære. I noen tilfeller skrev han om noosfæren i fremtidig tid (den har ennå ikke kommet), i andre i nåtiden (vi går inn i den), og noen ganger assosierte han dannelsen av noosfæren med utseendet til Homo sapiens eller med fremveksten av industriell produksjon. Det skal bemerkes at da Vernadsky som mineralog skrev om menneskets geologiske aktivitet, hadde han ennå ikke brukt begrepene "noosfære" og til og med "biosfære". Han skrev mest detaljert om dannelsen av noosfæren på jorden i sitt uferdige verk "Scientific Thought as a Planetary Phenomenon", men hovedsakelig fra vitenskapshistoriens synspunkt.

Så, hva er noosfæren: en utopi eller en ekte overlevelsesstrategi? Vernadskys verk gjør det mulig å svare mer innholdsrikt på spørsmålet som stilles, siden de indikerer en rekke spesifikke forhold som er nødvendige for dannelsen og eksistensen av noosfæren. Vi lister opp disse betingelsene:

1. menneskelig bosetting av hele planeten;

2. en dramatisk transformasjon i kommunikasjonsmidlene og utvekslingen mellom land;

3. styrke bånd, inkludert politiske, mellom alle land på jorden;

4. begynnelsen på overvekt av menneskets geologiske rolle over andre geologiske prosesser som forekommer i biosfæren;

5. utvidelse av biosfærens grenser og tilgang til rom;

6. oppdagelse av nye energikilder;

7. likestilling av mennesker av alle raser og religioner;

8. øke folkets rolle i å løse spørsmål om utenriks- og innenrikspolitikk;

9. frihet til vitenskapelig tanke og vitenskapelig forskning fra presset fra religiøse, filosofiske og politiske konstruksjoner og skapelsen i statssystemet av forhold som er gunstige for fri vitenskapelig tanke;

10. et gjennomtenkt system for offentlig utdanning og en økning i arbeidstakernes velvære. Å skape en reell mulighet til å forhindre underernæring og sult, fattigdom og i stor grad redusere sykdom;

11. Rimelig transformasjon av jordens primære natur for å gjøre den i stand til å tilfredsstille alle de materielle, estetiske og åndelige behovene til en numerisk økende befolkning;

12.ekskludering av kriger fra samfunnets liv.

7. Den menneskelige faktorens rolle i utviklingen av biosfæren.

Det sentrale temaet i læren om noosfæren er enheten mellom biosfæren og menneskeheten. Vernadsky avslører i sine arbeider røttene til denne enheten, viktigheten av organiseringen av biosfæren i utviklingen av menneskeheten. Dette lar oss forstå stedet og rollen til menneskehetens historiske utvikling i utviklingen av biosfæren, mønstrene for dens overgang til noosfæren.

En av nøkkelideene som ligger til grunn for Vernadskys teori om noosfæren er at mennesket ikke er et selvforsynt levende vesen, som lever separat i henhold til sine egne lover, det sameksisterer i naturen og er en del av den. Denne enheten skyldes først og fremst den funksjonelle kontinuiteten til miljøet og mennesket, som Vernadsky forsøkte å vise som biogeokjemiker. Menneskeheten i seg selv er et naturlig fenomen, og det er naturlig at biosfærens påvirkning påvirker ikke bare livsmiljøet, men også måten å tenke på.

Men ikke bare naturen har innvirkning på mennesker, det er også tilbakemeldinger. Dessuten er det ikke overfladisk, og gjenspeiler menneskets fysiske innvirkning på miljøet, det er mye dypere. Dette bevises av det faktum at planetariske geologiske krefter nylig har blitt merkbart mer aktive. «...vi ser de geologiske kreftene rundt oss mer og tydeligere i aksjon. Dette falt, neppe tilfeldig, sammen med inntrengningen i den vitenskapelige bevisstheten av overbevisningen om den geologiske betydningen av Homo sapiens, med identifiseringen av en ny tilstand i biosfæren - noosfæren - og er en av formene for dens uttrykk. Det henger selvsagt først og fremst sammen med avklaringen av naturvitenskapelig arbeid og tankegang innenfor biosfæren, hvor levende materie spiller hovedrollen.» Nylig har altså refleksjonen av levende vesener på den omkringliggende naturen endret seg dramatisk. Takket være dette overføres evolusjonsprosessen til mineralfeltet. Jord, vann og luft er i dramatisk endring. Det vil si at utviklingen av arter i seg selv ble til en geologisk prosess, siden en ny geologisk kraft dukket opp i evolusjonsprosessen. Vernadsky skrev: "Utviklingen av arter går over i utviklingen av biosfæren."

Vernadsky så det uunngåelige til noosfæren, forberedt både av utviklingen av biosfæren og av menneskehetens historiske utvikling. Fra den noosfæriske tilnærmingens synspunkt blir moderne smertepunkter i utviklingen av verdenssivilisasjonen sett annerledes. Den barbariske holdningen til biosfæren, trusselen om global miljøkatastrofe, produksjon av masseødeleggelsesmidler - alt dette burde ha en forbigående betydning. Spørsmålet om en radikal vending til livets opprinnelse, til organiseringen av biosfæren under moderne forhold bør høres ut som en alarmklokke, en oppfordring til å tenke og handle i biosfæren - planetarisk aspekt.

Økologiske problemer i biosfæren.

Miljøproblemer i biosfæren er drivhuseffekten, utarming av ozonlaget, massiv avskoging, som forstyrrer prosessen med oksygen- og karbonkretsløp i biosfæren, avfall fra produksjon, jordbruk, energiproduksjon (vannkraftverk forårsaker skade på natur og mennesker - flom av store områder for reservoarer, uoverstigelige hindringer på migrasjonsrutene til anadrom og semi-anadrom fisk som stiger opp for å gyte i de øvre delene av elver, det er stagnasjon av vann, en nedgang i strømningen, som påvirker livet til alle levende skapninger som lever i elven og nær elven; en lokal økning i vann påvirker jordsmonnet i reservoaret, noe som fører til flom, sump, kysterosjon og jordskred; det er fare fra demninger i områder med høy seismisitet). Alt dette fører til en global miljøkrise og krever en umiddelbar overgang til rasjonell miljøforvaltning.

Naturvern og utsikter til rasjonell miljøforvaltning.

Rasjonell bruk av naturressurser er den eneste veien ut av situasjonen.

Det overordnede målet med naturressursforvaltning er å finne de beste eller optimale måtene å utnytte naturlige og kunstige (f.eks. landbruks)økosystemer. Utnyttelse refererer til høsting og virkningen av visse typer økonomisk aktivitet på eksistensbetingelsene til biogeocenoser.

Å løse problemet med å skape et optimalt naturressursforvaltningssystem er betydelig komplisert av tilstedeværelsen av ikke ett, men mange optimaliseringskriterier. Disse inkluderer: oppnå maksimalt utbytte, redusere produksjonskostnadene, bevare naturlandskap, opprettholde artsmangfoldet i samfunn, sikre et rent miljø, opprettholde normal funksjon av økosystemene og deres komplekser.

Miljøvern og restaurering av naturressurser bør omfatte:

En rasjonell strategi for skadedyrbekjempelse, kunnskap og overholdelse av agroteknisk praksis, dosering av mineralgjødsel, god kunnskap om økologiske agrocenoser og prosessene som forekommer i dem, så vel som ved deres grenser med naturlige systemer;

Forbedring av teknologi og utvinning av naturressurser;

Maksimal fullstendig og omfattende utvinning av alle nyttige komponenter fra forekomsten;

Gjenvinning av land etter bruk av forekomster;

Økonomisk og avfallsfri bruk av råvarer i produksjonen;

Dyprengjøring og teknologier for bruk av produksjonsavfall;

Resirkulering av materialer etter at produktene ikke lenger er i bruk;

Bruk av teknologier som tillater utvinning av spredte mineraler;

Bruk av naturlige og fossile erstatninger for knappe mineralforbindelser;

Lukkede produksjonssykluser (utvikling og bruk);

Anvendelse av energisparende teknologier;

Utvikling og bruk av nye miljøvennlige energikilder.

Generelt bør målene for miljøvern og restaurering av naturressurser omfatte:

Lokal og global logisk overvåking, d.v.s. måling og kontroll av tilstanden til de viktigste egenskapene til miljøet, konsentrasjonen av skadelige stoffer i atmosfæren, vann, jord;

Restaurering og bevaring av skog fra branner, skadedyr, sykdommer;

Utvidelse og økning i antall reserver, soner med referanseøkosystemer, unike naturlige komplekser;

Beskyttelse og avl av sjeldne arter av planter og dyr;

Bred utdanning og miljøutdanning av befolkningen;

Internasjonalt samarbeid innen miljøvern.

Et slikt aktivt arbeid på alle områder av menneskelig aktivitet for å danne en holdning til naturen, utvikling av rasjonell bruk av naturressurser og fremtidens miljøvennlige teknologier vil kunne løse dagens miljøproblemer og gå videre til harmonisk samarbeid med naturen .

I dag er forbrukerens holdning til naturen, tilbaketrekking av ressursene uten å iverksette tiltak for å gjenopprette dem, i ferd med å bli en saga blott. Problemet med rasjonell bruk av naturressurser og beskyttelse av naturen mot de destruktive konsekvensene av menneskelig økonomisk aktivitet får nasjonal betydning.

Naturvern og rasjonell miljøforvaltning er et komplekst problem, og løsningen avhenger både av konsekvent gjennomføring av statlige tiltak rettet mot å bevare økosystemene, og av utvidelse av vitenskapelig kunnskap, som er kostnadseffektiv og lønnsom for samfunnet å finansiere selv. velvære.

For skadelige stoffer i atmosfæren er det lovfestet maksimalt tillatte konsentrasjoner som ikke gir merkbare konsekvenser for mennesker. For å hindre luftforurensning er det utviklet tiltak for å sikre forsvarlig forbrenning av brensel, overgang til gassifisert sentralvarme og installasjon av renseanlegg ved industribedrifter. I tillegg til å beskytte luft mot forurensning, lar behandlingsanlegg deg spare råvarer og returnere mange verdifulle produkter til produksjon. For eksempel gjør fangst av svovel fra frigjorte gasser det mulig å øke produksjonen av svovelsyre; fangst av sement sparer produksjon som tilsvarer produktiviteten til flere fabrikker. I aluminiumssmelteverk hindrer installasjon av filtre på rør utslipp av fluor til atmosfæren. I tillegg til bygging av behandlingsanlegg pågår det et søk etter en teknologi der avfallsproduksjonen vil bli minimalisert. Det samme målet oppnås ved å forbedre bildesign og bytte til andre typer drivstoff (flytende gass, etylalkohol), hvis forbrenning produserer færre skadelige stoffer. En bil med elektrisk motor utvikles for bevegelse i byen. Riktig utforming av byen og grøntområdene er av stor betydning. Trær renser luften fra flytende og faste partikler (aerosoler) suspendert i den og absorberer skadelige gasser. For eksempel absorberes svoveldioksid godt av poppel, lind, lønn, hestekastanje, fenoler - av syrin, morbær og hyllebær.

Husholdnings- og industriavløpsvann utsettes for mekanisk, fysisk og biologisk behandling. Biologisk behandling innebærer ødeleggelse av oppløste organiske stoffer av mikroorganismer. Vann ledes gjennom spesielle tanker som kun inneholder det såkalte aktiverte slammet, som inkluderer mikroorganismer som oksiderer fenoler, fettsyrer, alkoholer, hydrokarboner, etc.

Avløpsrensing løser ikke alle problemer. Derfor bytter flere og flere bedrifter til en ny teknologi - en lukket syklus, der renset vann kommer inn i produksjonen igjen. Nye teknologiske prosesser gjør det mulig å redusere mengden vann som kreves til industrielle formål med titalls ganger.

Undergrunnsvern består først og fremst i å forhindre uproduktivt sløsing med organiske ressurser i integrert bruk. For eksempel går mye kull tapt i underjordiske branner, og brennbar gass brenner i fakler i oljefelt. Utviklingen av teknologi for kompleks utvinning av metaller fra malm gjør det mulig å oppnå ytterligere verdifulle elementer som titan, kobolt, wolfram, molybden, etc.

For å øke jordbrukets produktivitet er riktig landbruksteknologi og gjennomføring av spesielle jordverntiltak av stor betydning. For eksempel utføres kampen mot raviner vellykket ved å plante planter - trær, busker, gress. Planter beskytter jord fra å bli vasket bort og reduserer hastigheten på vannstrømmen. Dyrking av raviner gjør at de kan brukes til økonomiske formål. Å så amorfa importert fra Amerika, som har et kraftig rotsystem, forhindrer ikke bare effektivt jordtap: planten selv produserer bønner med høy fôrverdi. Mangfoldet av plantinger og avlinger langs ravinen bidrar til dannelsen av vedvarende biocenoser. Fugler slår seg ned i krattene, noe som er av ikke liten betydning for skadedyrbekjempelsen. Beskyttende skogplantasjer i steppene hindrer vann- og vinderosjon av åkre. Utviklingen av biologiske metoder for skadedyrbekjempelse gjør det mulig å redusere bruken av plantevernmidler i landbruket. For tiden trenger 2000 plantearter, 236 pattedyrarter og 287 fuglearter beskyttelse. International Union for Conservation of Nature har etablert en spesiell rød bok, som gir informasjon om truede arter og gir anbefalinger for bevaring av dem. Mange truede dyrearter har nå fått tilbake antallet. Dette gjelder elg, saiga, egret og ærfugl.

Bevaring av flora og fauna tilrettelegges ved organisering av naturreservater og helligdommer. I tillegg til å beskytte sjeldne og truede arter, tjener reservater som en base for domestisering av ville dyr med verdifulle økonomiske egenskaper. Naturreservater er også sentre for gjenbosetting av dyr som har forsvunnet i området og bidrar til å berike den lokale faunaen. Den nordamerikanske moskusrotten har med hell slått rot i Russland, og gir verdifull pels. Under de tøffe forholdene i Arktis reproduserer moskus importert fra Canada og Alaska seg vellykket. Antall bevere, som nesten forsvant på begynnelsen av århundret, er gjenopprettet.

Lignende eksempler er mange. De viser at omsorg for naturen, basert på dyp kunnskap om planters og dyrs biologi, ikke bare bevarer den, men gir også en betydelig økonomisk effekt.

Mange mennesker tror at naturen bare bør beskyttes på grunn av dens faktiske eller potensielle fordeler for mennesker, en tilnærming som kalles et antroposentrisk (menneskesentrert) syn på verden. Noen mennesker holder seg til et biosentrisk verdensbilde og er overbevist om at det er uverdig for mennesket å fremskynde utryddelsen av noen art, siden mennesket ikke er viktigere enn andre arter på jorden. "Mennesket har ingen overlegenhet over andre arter, for alt er forfengelighet," mener de. Andre har et økosentrisk (senter-økosystem) syn og mener at bare de handlingene som er rettet mot å opprettholde jordens livsstøttesystemer er rettferdiggjort.

KONKLUSJON.

Dermed ser vi at alle de spesifikke tegnene er til stede, alle eller nesten alle forholdene som V.I. Vernadsky indikerte for å skille noosfæren fra de tidligere eksisterende tilstandene i biosfæren. Prosessen med dens dannelse er gradvis, og det vil sannsynligvis aldri være mulig å nøyaktig angi året eller tiåret fra hvilket overgangen fra biosfæren til noosfæren kan anses som fullført. Meningene om dette spørsmålet kan selvfølgelig være forskjellige. F.T. Yanshina skriver: "Læren til akademiker V.I. Vernadsky om overgangen fra biosfæren til noosfæren er ikke en utopi, men en reell strategi for å overleve og oppnå en rimelig fremtid for hele menneskeheten." R.K. Balandins mening er noe annerledes: "Biosfæren beveger seg ikke til et høyere nivå av kompleksitet, perfeksjon, men er forenklet, forurenset, degradert (en enestående hastighet av utryddelse av arter, ødeleggelse av skogsoner, forferdelig landerosjon ...) . Den beveger seg til et lavere nivå, dvs. i den blir den mest aktive transformative og regulerende kraften teknosubstans, et sett av tekniske systemer der en person – for det meste ufrivillig – forandrer hele livets område.» Vernadsky selv, som la merke til de uønskede, destruktive konsekvensene av menneskelig ledelse på jorden, anså dem for å være noen kostnader. Han trodde på menneskesinnet, humanismen til vitenskapelig aktivitet, godhetens og skjønnhetens triumf. Han forutså noen ting strålende, men kanskje tok han feil når det gjaldt andre. Noosfæren bør aksepteres som et symbol på tro, som et ideal for rimelig menneskelig intervensjon i biosfæreprosesser under påvirkning av vitenskapelige prestasjoner. Vi må tro på det, håpe på at det kommer, og ta passende tiltak.

BIBLIOGRAFI:

1. Chernova N.M., Bylova A.M., Økologi. Lærebok for pedagogiske institutter, M., Prosveshchenie, 1988;

2. Kriksunov E.A., Pasechnik V.V., Sidorin A.P., Ecology, M., Bustard Publishing House, 1995;

3. Generell biologi. Referansemateriale, satt sammen av V.V. Zakharov, M., Bustard Publishing House, 1995.

4. "Vernadsky V.I.: Om den grunnleggende material- og energiforskjellen mellom levende og inerte kropper i biosfæren." // "Vladimir Vernadsky: Biografi. Utvalgte verk. Samtidens memoarer. Dommer over etterkommere." Comp. G.P.Aksenov. - M.: Sovremennik, 1993.

5. V.I. Vernadsky "Refleksjoner av en naturforsker. - Vitenskapelig tanke som et planetarisk fenomen." M., Nauka, 1977. "Studie av livsfenomener og ny fysikk", 1931; Biogeokjemiske essays. M.-L., forlag ved USSR Academy of Sciences, 1940

6. Lør. "Biosfære" Art. "Noen ord om noosfæren" M., Mysl, 1967.

7. "V.I. Vernadsky. Materialer til biografien" M., forlag "Young Guard", 1988.

8. Lapo A.V. "Spor av tidligere biosfærer." – Moskva, 1979.

Konseptet med biosfæren. Biosfære er livets skall som inkluderer planter, dyr og mikroorganismer. I en viss forstand kan mennesker som en biologisk art og jord som et produkt av aktiviteten til levende organismer klassifiseres som biosfæren.

Begrepet "biosfære" ble først brukt av E. Suess (østerriksk geolog) i 1875, og læren om biosfæren ble skapt først på begynnelsen av 1900-tallet av verkene til V.I. Vernadsky.

For tiden tolkes begrepet "biosfære" på to måter: i vid forstand – biosfæren identifiseres med den geografiske konvolutten (med den eneste forskjellen at den geografiske konvolutten er eldre enn biosfæren); i snever forstand er biosfæren en film, en "klump av liv", og betraktes parallelt med andre skjell på jorden.

Den øvre grensen til biosfæren antas å være ozonskjermen, som ligger i en høyde på 25-27 km (dette er høyden der noen sporer og bakterier fortsatt kan finnes). Biosfærens nedre grense passerer i litosfæren på 3-5 km dyp (hvor organogene bergarter forekommer og bakterier kan eksistere). Disse grensene er bestemt for biosfæren, forstått i vid forstand.

Den største konsentrasjonen av liv finnes innenfor relativt trange grenser, i kontaktsonen til tre medier: vann, luft og land (jord). Mest

Hydrosfæren, nedre del av troposfæren og jordsmonnet er befolket. Denne tynne horisonten med den høyeste konsentrasjonen av levende materie kalles biostroma (live cover).

Det antas at livets opprinnelse skjedde for omtrent 3 milliarder år siden (på slutten av arkeiske hav) i grunne vannforekomster, hvorfra livet spredte seg til havet, og først deretter til land (i fravær av en ozonskjerm, vann var flink til å blokkere skadelig ultrafiolett stråling). I løpet av livets opprinnelse var klimaet på jorden varmt og fuktig.

Lenge var livet «plassert» i det geografiske skallet flekker, d.v.s. biosfæren var dårlig utviklet og svært diskontinuerlig. I løpet av den geologiske historien har mangfoldet av levende organismer økt, organisasjonen deres har blitt mer kompleks, og deres totale masse har økt. Livets utvikling var ujevn. Noen arter har overlevd fra arkean til i dag (for eksempel blågrønne alger), utviklingen av andre linjer førte til fremveksten av komplekse livsformer (primater, mennesker), utviklingen av andre endte med utryddelse ( dinosaurer, mammuter, etc.).

Gjennom biosfærens historie har det vært rundt 500 millioner arter, men for tiden er det bare rundt 2 millioner arter.

Den brede distribusjonen av levende organismer på jorden ble hjulpet av deres evne til å tilpasse seg en lang rekke miljøforhold og deres høye evne til å reprodusere. Således ble mikroorganismer funnet i islandske geysirer ved en temperatur på +93 o C, og til og med i permafrostjord ved svært lave temperaturer. Sporer av noen bakterier forblir levedyktige ved temperaturer på +100 o C og under –200 o C. Avkommet til en av bakteriene, under passende gunstige forhold, kan fylle hele verdenshavet på 5 dager, og kløver kan dekke hele overflaten av jorden på 11 år.

For tiden er sammensetningen av biosfæren dominert av dyr - det er omtrent 1,7 millioner arter. Det er rundt 400 tusen arter av planter på jorden, men massen av plantestoffer er mange ganger større enn massen av dyr. Planter står for nesten 97% av jordens totale biomasse og bare 3% - massen av dyr og mikroorganismer. Det overveldende flertallet av biomassen er konsentrert på land, den overstiger havets biomasse med 1000 ganger. Artsmangfoldet i havet er mye dårligere.

Vegetasjon på land danner et nesten sammenhengende dekke - fytosfæren. Plantemassen består av overjordisk (stammer med greiner, blader, nåler; busker, urte- og moselav-dekke) og underjordisk (planterøtter). For eksempel for en blandingsskog er plantemassen nesten 400 t/ha, hvorav overjordsdelen utgjør ca 300 t/ha, og den underjordiske delen står for 100 t/ha. På land øker biomassen generelt fra polene til ekvator, og antallet plante- og dyrearter øker i samme retning. I tundraen er biomassen omtrent 12 t/ha, i taigaen - omtrent 320 t/ha, i blandede skoger og løvskoger - 400 t/ha, i steppene synker den til 25 t/ha, og i ørkener til og med til 12 t/ha, i savanner øker den igjen til 100 t/ha eller mer, i tropiske skoger når den maksimalt 500 t/ha. Det minste antallet plante- og dyrearter er i de arktiske ørkenene og tundraene, det største i ekvatoriale skoger.

Planter på land inneholder mer enn 99 % av all landbiomasse, mens dyr og mikroorganismer bare inneholder mindre enn 1 %. I havet er dette forholdet reversert: planter utgjør mer enn 6 %, og dyr og mikroorganismer utgjør omtrent 94 %. Den totale biomassen i havet er bare 0,13 % av biomassen til hele biosfæren, selv om havet okkuperer et område som tilsvarer 71 %. Dermed er det åpne havet i hovedsak en vannørken.

La oss se nærmere på komponentene i biosfæren og deres rolle i jordens geografiske konvolutt.

Mikroorganismer (bakterier) er den minste av livsformer og altomfattende. Mikrober ble oppdaget på 1600-tallet. A. Levenguk. Følgende grupper av mikrober skilles ut:

a) etter struktur: encellede organismer (alger, sopp, encellede protozoer) - de har en relativt stor celle av en kompleks type (eukaryoter); bakterier er strukturelt enklere organismer (prokaryoter);

b) i henhold til kjemiske egenskaper (energikilde for biokjemiske prosesser): fotosyntetiske mikroorganismer - bruk solens strålende energi som energikilde og konverter karbondioksid til organisk karbon (primærprodusenter); heterotrofe mikroorganismer - få energi ved å dekomponere organiske karbonmolekyler (molekylære rovdyr); fotosyntetiske og heterotrofe mikroorganismer spiller en stor rolle i den geografiske konvolutten: de opprettholder karbonet tilgjengelig på jorden i konstant bevegelse;

c) om bruk av oksygen: aerob - forbruk oksygen; anaerob - ikke forbruk oksygen.

Antallet typer mikroorganismer er enormt, og de er fordelt overalt på jorden. De bryter ned organisk materiale, assimilerer atmosfærisk nitrogen, etc.

Planter - et av kongedømmene i den organiske verden. Deres hovedforskjell fra andre levende organismer er evnen til å lage organiske stoffer fra uorganiske, og det er derfor de kalles autotrofer . Samtidig utfører grønne planter fotosyntese - prosessen med å konvertere solenergi til organisk materiale. Planter er den viktigste primærkilden til mat og energi for alle andre livsformer på jorden.

Planter er en kilde til oksygen på jorden (ekvatoriale skoger kalles "lungene" på planeten vår). Planter regnes som primærprodusenter - produsenter. Planter mater hele menneskeheten og er til syvende og sist kilder til energi og råvarer. Planter beskytter jorda mot erosjon, regulerer avrenning og gasssammensetning i atmosfæren.

For tiden er nesten 400 tusen arter av planter kjent, som er delt inn i lavere og høyere. Fra midten av 1900-tallet. Fra planteriket skilles et selvstendig rike - sopp, som tidligere ble klassifisert som lavere.

Av de 40 tusen plantearter på jorden er 25 tusen arter angiospermer (blomstrende planter). Den rikeste floraen på jorden er floraen i tropene.

Dyr - organismer som utgjør et av kongedømmene i den organiske verden. Dyr er heterotrofer , dvs. lever av ferdige organiske forbindelser. Nesten alle dyr er aktivt mobile. Det er mer enn 1,7 millioner dyrearter på jorden, hvorav det største antallet arter er insekter (ca. 1 million)

Dyr lager sekundærprodukter, påvirker vegetasjonsdekke, jord, ødelegger og mineraliserer organisk materiale. Dyr, som planter, spiller en stor rolle i menneskers liv.

I en viss forstand kan jord også være en del av biosfæren. Jorden – det øvre løse, fruktbare laget av jordskorpen der planterøttene er fordelt. Jord er en kompleks formasjon som består av to hoveddeler: mineral (ødelagt bergarter) og organisk (humus). Jord dekker det meste av jordens overflate med et tynt lag - fra 0 til 2 m.

En viktig egenskap ved jorda er dens fruktbarhet, d.v.s. jordens evne til å produsere planter. Jord er grunnlaget for plantevekst og habitatet til et stort antall levende vesener. Jordsmonn regulerer vannbalansen og påvirker dannelsen av landskapet. Den berømte russiske jordforskeren V.V. Dokuchaev kalte jord et "speil av landskapet."

Jord akkumuleres og konverterer solenergi. Jord er grunnlaget for jordbruksproduksjon.

Den biologiske (lille) syklusen skjer kontinuerlig i biosfæren. Samspillet mellom levende organismer med atmosfæren, hydrosfæren og litosfæren skjer gjennom den biologiske syklusen av stoffer og energi.

Den biologiske syklusen består av to prosesser:

– dannelse av levende stoffer fra ikke-levende stoffer på grunn av solenergi;

– dekomponering og omdanning av organisk materiale til enkelt mineral (inert).

Den første prosessen er assosiert med fotosyntese, utført av grønne planter på land og i havet (vann). I det grønne bladet til en plante, på grunn av sollys med deltakelse av klorofyll, dannes organisk materiale fra karbondioksid og vann og fritt oksygen frigjøres. I tillegg absorberer planter med sitt rotsystem løselige mineralstoffer fra jorda: nitrogen, kalium, kalsium, svovel, fosforsalter - og omdanner også disse stoffene til organiske.

Nedbrytningen av organisk materiale skjer hovedsakelig under påvirkning av mikroorganismer. Mikroorganismer bruker organisk materiale til sine livsprosesser, og selv om en del av det går til dannelse av nytt organisk materiale (kroppen til mikroorganismen), mineraliseres en betydelig del av det organiske materialet, d.v.s. organisk materiale brytes ned til sine enkleste forbindelser.

Dannelse og ødeleggelse av organisk materiale er motsatte, men uatskillelige prosesser. Fraværet av en av dem vil uunngåelig føre til livets utryddelse. Moderne liv eksisterer på jorden takket være den biologiske syklusen.

Takket være den biologiske syklusen påvirker levende organismer alle jordens skjell. Dermed er nesten alt oksygenet i jordens atmosfære av biogen opprinnelse. Hvis prosessen med fotosyntese stopper, vil fritt oksygen raskt forsvinne.

Rollen til levende vesener i hydrosfæren er også stor. Organismer forbruker og skiller ut vann kontinuerlig. Transpirasjonsprosessen (fordampning av vann av planter) er spesielt intens. Gass- og saltsammensetningen i havvann bestemmes også av aktiviteten til levende organismer. Landvann blir også kjemisk aktivt i stor grad under påvirkning av levende organismer.

Påvirkningen fra levende organismer på litosfæren er spesielt dyp og mangfoldig. Det manifesterer seg i ødeleggelsen av bergarter (biologisk forvitring), i dannelsen av organogene bergarter: kalkstein, torv, brunt og hardkull, olje, gass, oljeskifer. Reservene av organisk materiale akkumulert i jordskorpen er enorme. De er mange ganger bedre enn levende organisk materiale. Jern- og manganmalm og fosforitter kan også være av biogen opprinnelse. Dannelsen deres er assosiert med aktiviteten til spesielle bakterier.

Bare under påvirkning av levende organismer ble det dannet jord på jorden. Jordsmonn betraktes som en kompleks bio-inert formasjon, som dannes i prosessen med interaksjon mellom levende stoffer og ikke-levende stoffer. Grunnlaget for dannelsen av jord er fjelljorddannende bergarter, og hovedfaktorene for jorddannelse er mikroorganismer og planter, og i mindre grad jorddyr.

Biosfære (fra gresk bios - liv, sphaira - sfære)- skallet på planeten Jorden der liv er tilstede. Utviklingen av begrepet "biosfære" er assosiert med den engelske geologen Eduard Suesse og den russiske forskeren V.I. Vernadsky. Biosfæren, sammen med litosfæren, hydrosfæren og atmosfæren, utgjør de fire hovedskallene på jorden.

Opprinnelsen til begrepet "biosfære"

Begrepet "biosfære" ble først laget av geolog Eduard Suess i 1875 for å referere til rommet på jordens overflate der liv eksisterer. En mer fullstendig definisjon av konseptet "biosfære" ble foreslått av V.I. Vernadsky. Han var den første som tildelte livet den dominerende rollen til den transformative kraften til planeten vår, og tok hensyn til den vitale aktiviteten til organismer både i nåtiden og i fortiden. Geokjemikere definerer begrepet «biosfære» som den totale summen av levende organismer («biomasse» eller «biota» som biologer og økologer kaller det).

Biosfærens grenser

Hver del av planeten, fra polare iskapper til ekvator, er bebodd av levende organismer. Nyere fremskritt innen mikrobiologi har vist at mikroorganismer lever dypt under jordoverflaten og kanskje deres totale biomasse overstiger biomassen til all flora og fauna på jordens overflate.

Foreløpig kan ikke de faktiske grensene for biosfæren måles. Vanligvis flyr de fleste fuglearter i høyder mellom 650 og 1800 meter, og fisk er funnet så dypt som 8372 meter i Puerto Rico-graven. Men det finnes også mer ekstreme eksempler på liv på planeten. Den afrikanske gribben, eller Rüppels gribb, har blitt sett i høyder på over 11 000 meter, fjellgjess vandrer vanligvis til høyder på minst 8 300 meter, ville yaks lever i fjellområdene i Tibet i en høyde på ca 3 200 - 5 400 meter over havet nivå, og fjellgeiter lever i høyder opp til 3000 meter.

Mikroskopiske organismer er i stand til å leve under mer ekstreme forhold, og hvis vi tar dem i betraktning, er tykkelsen på biosfæren mye større enn vi forestilte oss. Noen mikroorganismer er oppdaget i de øvre lagene av jordens atmosfære i en høyde av 41 km. Det er usannsynlig at mikrober er aktive i høyder der temperatur og lufttrykk er ekstremt lavt og ultrafiolett stråling er veldig intens. Mest sannsynlig ble de fraktet til den øvre atmosfæren av vind eller vulkanutbrudd. Det ble også funnet encellede livsformer i den dypeste delen av Marianergraven på 11 034 meters dyp.

Til tross for alle de ovennevnte eksemplene på livets ytterpunkter, er generelt laget av jordens biosfære så tynt at det kan sammenlignes med skallet av et eple.

Strukturen til biosfæren

Biosfæren er organisert i en hierarkisk struktur der individuelle organismer danner populasjoner. Flere interagerende populasjoner utgjør en biocenose. Fellesskap av levende organismer (biocenose) som lever i visse fysiske habitater (biotop) danner et økosystem. er en gruppe dyr, planter og mikroorganismer som samhandler med hverandre og med miljøet sitt på en slik måte at de sikrer deres eksistens. Derfor er økosystemet den funksjonelle enheten for bærekraftig liv på jorden.

Biosfærens opprinnelse

Biosfæren har eksistert i omtrent 3,5-3,7 milliarder år. De første livsformene var prokaryoter – encellede levende organismer som kunne leve uten oksygen. Noen prokaryoter har utviklet en unik kjemisk prosess som vi kjenner som . De var i stand til å bruke sollys til å lage enkelt sukker og oksygen fra vann og karbondioksid. Disse fotosyntetiske mikroorganismene var så mange at de radikalt transformerte biosfæren. Over lang tid ble det dannet en atmosfære av en blanding av oksygen og andre gasser som kunne støtte nytt liv.

Tilsetningen av oksygen til biosfæren tillot mer komplekse livsformer å utvikle seg raskt. Millioner av forskjellige planter og dyr dukket opp som spiste planter og andre dyr. utviklet seg til å bryte ned døde dyr og planter.

Takket være dette har biosfæren tatt et stort sprang i utviklingen. De nedbrutte restene av døde planter og dyr frigjorde næringsstoffer til jorda og havet, som ble reabsorbert av planter. Denne utvekslingen av energi tillot biosfæren å bli et selvopprettholdende og selvregulerende system.

Fotosyntesens rolle i utviklingen av livet

Biosfæren er unik i sitt slag. Til nå har det ikke vært noen vitenskapelige fakta som bekrefter eksistensen av liv andre steder i universet. Livet på jorden eksisterer takket være solen. Når den utsettes for energi fra sollys, oppstår en prosess som kalles fotosyntese. Som et resultat av fotosyntesen omdanner planter, enkelte typer bakterier og protozoer karbondioksid til oksygen og organiske forbindelser som sukker under påvirkning av lys. De aller fleste dyre-, sopp-, plante- og bakteriearter er direkte eller indirekte avhengige av fotosyntese.

Faktorer som påvirker biosfæren

Det er mange faktorer som påvirker biosfæren og livet vårt på jorden. Det er globale faktorer som avstanden mellom jorden og solen. Hvis planeten vår var nærmere eller lenger unna solen, ville jorden vært for varm eller kald til at liv kunne oppstå. Hellingsvinkelen til jordaksen er også en viktig faktor som påvirker planetens klima. Årstider og sesongmessige klimaendringer er direkte resultater av jordens tilt.

Lokale faktorer har også en viktig innvirkning på biosfæren. Hvis du ser på et bestemt område av jorden, kan du se påvirkningen av klima, daglig vær, erosjon og selve livet. Disse små faktorene endrer hele tiden rommet og levende organismer må reagere deretter, tilpasse seg endringer i miljøet. Selv om folk kan kontrollere det meste av sitt nærmiljø, er de fortsatt sårbare for naturkatastrofer.

Den minste av faktorene som påvirker utseendet til biosfæren er endringer som skjer på molekylært nivå. Oksidasjons- og reduksjonsreaksjoner kan endre sammensetningen av bergarter og organisk materiale. Det er også biologisk nedbrytning. Små organismer som bakterier og sopp er i stand til å behandle både organiske og uorganiske materialer.

Biosfærereservater

Mennesker spiller en viktig rolle i å opprettholde energiutvekslingen i biosfæren. Dessverre er vår innvirkning på biosfæren ofte negativ. For eksempel synker oksygennivået i atmosfæren og karbondioksidnivået øker på grunn av at folk overbrenner fossilt brensel, og oljesøl og industriavfallsutslipp i havet forårsaker enorm skade på hydrosfæren. Biosfærens fremtid avhenger av hvordan mennesker samhandler med andre levende ting.

På begynnelsen av 1970-tallet etablerte FN et prosjekt kalt Man and the Biosphere (MAB), som fremmer bærekraftig, balansert utvikling. Det er for tiden hundrevis av biosfærereservater rundt om i verden. Det første biosfærereservatet ble etablert i Yangambi, Den demokratiske republikken Kongo. Yangambi ligger i det fruktbare Kongo-elvebassenget og er hjemsted for rundt 32 000 arter av trær og dyr, inkludert endemiske arter som skogselefanten og børsteøret gris. Yangambi biosfærereservat støtter viktige aktiviteter som bærekraftig landbruk, jakt og utvinning.

Utenomjordiske biosfærer

Til nå har ikke biosfæren blitt oppdaget utenfor jorden. Derfor forblir eksistensen av utenomjordiske biosfærer hypotetisk. På den ene siden mener mange forskere at liv på andre planeter er usannsynlig, og hvis det eksisterer et sted, er det mest sannsynlig i form av mikroorganismer. På den annen side kan det være mange analoger av jorden, selv i vår galakse - Melkeveien. Gitt begrensningene til teknologien vår, er det foreløpig ukjent hvor stor prosentandel av disse planetene som er i stand til å ha en biosfære. Det er også umulig å utelukke muligheten for at kunstige biosfærer vil bli skapt av mennesker i fremtiden, for eksempel på Mars.

Biosfæren er et veldig skjørt system der hver levende organisme er et viktig ledd i en enorm livskjede. Vi må innse at mennesket, som den mest intelligente skapningen på planeten, er ansvarlig for å bevare livets mirakel på planeten vår.

Samspillet mellom populasjoner bestemmer arten av funksjonen til det neste, høyere nivået av organisering av levende ting - det biotiske fellesskapet, eller biocenose. Under biocenose refererer til et biologisk system som er en samling av populasjoner av forskjellige arter som sameksisterer i rom og tid. Studiet av samfunn har som mål å finne ut hvordan deres bærekraftige eksistens opprettholdes og hvilken innvirkning biotiske interaksjoner og miljøforhold har på endringer i samfunn.

Fellesskap, økosystem, biogeocenose, biosfære

Et samfunn (biocenosis) er en samling av organismer av ulike arter som sameksisterer i lang tid i et bestemt rom og representerer en økologisk enhet. Som en befolkning har et samfunn sine egne egenskaper (og indikatorer) som er iboende for det som helhet. Egenskapene til fellesskapet er stabilitet (evnen til å motstå ytre påvirkninger), produktivitet (evnen til å produsere levende materie). Indikatorer for et samfunn er egenskapene til dets sammensetning (mangfold av arter, struktur av næringsnettet), forholdet mellom individuelle grupper av organismer. En av økologiens hovedoppgaver er å klargjøre sammenhengene mellom egenskapene og sammensetningen til et samfunn, som vises uavhengig av hvilke arter som inngår i det.

Økosystem er en annen økologisk kategori; det er ethvert fellesskap av levende vesener, sammen med dets fysiske habitat, som fungerer som en enkelt helhet. Et eksempel på et økosystem er en dam, inkludert et samfunn av hydrobioner, de fysiske egenskapene og den kjemiske sammensetningen til vann, egenskaper ved bunntopografien, sammensetningen og strukturen til jorda, atmosfærisk luft som samhandler med overflaten av vannet, og solenergi. stråling. I økosystemer er det en konstant utveksling av energi og materie mellom levende og livløs natur. Denne utvekslingen er bærekraftig. Elementer av levende og livløs natur er i konstant interaksjon.

Økosystem er et veldig vidt begrep og gjelder både naturlige komplekser (for eksempel tundra, hav) og kunstige (for eksempel et akvarium). Derfor, for å betegne et elementært naturlig økosystem i økologi, brukes begrepet "biogeocenose".

Biogeocenosis er et historisk etablert sett av levende organismer (biocenose) og det abiotiske miljøet, sammen med arealet av jordoverflaten de okkuperer. Grensen til biogeocenosen er etablert langs grensen til plantesamfunnet (fytocenose) - den viktigste komponenten i enhver biogeocenose. Hver biogeocenose er preget av sin egen type material- og energiutveksling.

Biogeocenose er en integrert del av det naturlige landskapet og en elementær bioterritoriell enhet i biosfæren. Ofte er klassifiseringen av naturlige økosystemer basert på de karakteristiske økologiske egenskapene til habitater, og fremhever samfunn av havkyster eller hyller, innsjøer eller dammer, flomslettene eller høylandsenger, steinete eller sandete ørkener, fjellskoger, elvemunninger (munningen til store elver), osv. Alle naturlige økosystemer (biogeocenoser) ) henger sammen og danner sammen det levende skallet på jorden, som kan betraktes som det største økosystemet - biosfæren.

Økosystemet fungerer

Energi i økosystemer. Et økosystem er en samling av levende organismer som kontinuerlig utveksler energi, materie og informasjon med hverandre og med miljøet. La oss først vurdere prosessen med energiutveksling. Energi er definert som evnen til å produsere arbeid. Egenskapene til energi er beskrevet av termodynamikkens lover.

Termodynamikkens første lov (loven) eller loven om bevaring av energi sier at energi kan endres fra en form til en annen, men den forsvinner ikke eller skapes på nytt. Termodynamikkens andre lov (loven) eller entropiloven sier at i et lukket system kan entropien bare øke. I forhold til energi i økosystemer er følgende formulering praktisk: prosesser knyttet til energitransformasjoner kan bare skje spontant under forutsetning av at energien går fra en konsentrert form til en spredt, det vil si at den brytes ned.

Målet på mengden energi som blir utilgjengelig for bruk, eller på annen måte målet for endringen i rekkefølge som skjer under nedbrytningen av energi, er entropi. Jo høyere rekkefølge systemet har, jo lavere er entropien. Dermed opprettholder ethvert levende system, inkludert et økosystem, sin vitale aktivitet takket være, for det første, tilstedeværelsen i miljøet av et overskudd av fri energi (energien til solen); for det andre evnen, på grunn av utformingen av dens komponenter, til å fange og konsentrere denne energien, og når den brukes, til å spre den ut i miljøet. Dermed, først fange og deretter konsentrere energi med overgangen fra ett trofisk nivå til et annet sikrer en økning i orden og organisering av et levende system, det vil si en reduksjon i dets entropi.

Energi og produktivitet til økosystemer. Så livet i et økosystem opprettholdes på grunn av kontinuerlig passasje av energi gjennom levende materie, overført fra et trofisk nivå til et annet; Samtidig skjer det en konstant transformasjon av energi fra en form til en annen. I tillegg, under energitransformasjoner, går en del av det tapt i form av varme. Da oppstår spørsmålet: i hvilke kvantitative forhold og proporsjoner bør medlemmer av fellesskapet på forskjellige trofiske nivåer i økosystemet være seg imellom for å dekke deres energibehov?

Hele energiforsyningen er konsentrert i massen av organisk materiale - biomasse, derfor bestemmes intensiteten av dannelsen og ødeleggelsen av organisk materiale på hvert nivå av energiens passasje gjennom økosystemet (biomasse kan alltid uttrykkes i energienheter). Hastigheten for dannelse av organisk materiale kalles produktivitet. Det er primær og sekundær produktivitet. I ethvert økosystem dannes og ødelegges biomasse, og disse prosessene er helt bestemt av livet til det lavere trofiske nivået - produsentene. Alle andre organismer konsumerer bare det organiske materialet som allerede er skapt av planter, og derfor er den totale produktiviteten til økosystemet ikke avhengig av dem. Høy produksjon av biomasse observeres i naturlige og kunstige økosystemer der abiotiske faktorer er gunstige, og spesielt når ekstra energi tilføres utenfra, noe som reduserer systemets egne kostnader for å opprettholde liv.

Denne ekstra energien kan komme i forskjellige former: for eksempel i en dyrket åker - i form av fossil energi og arbeid utført av mennesker eller dyr. For å gi energi til alle individer i et samfunn av levende organismer i et økosystem, er det derfor nødvendig med et visst kvantitativt forhold mellom produsenter, forbrukere av forskjellige ordener, detritivorer og nedbrytere. Men for livsaktiviteten til alle organismer, og derfor systemet som helhet, er energi alene ikke nok; de må motta forskjellige mineralkomponenter, sporelementer og organiske stoffer som er nødvendige for konstruksjon av molekyler av levende materie.

Syklus av elementer i et økosystem

Hvor kommer komponentene som er nødvendige for å bygge en organisme i utgangspunktet fra i levende materie? De leveres til næringskjeden av de samme produsentene. De trekker ut uorganiske mineraler og vann fra jorda, CO2 fra luften, og fra glukose som dannes under fotosyntesen, ved hjelp av næringsstoffer bygger de videre komplekse organiske molekyler – karbohydrater, proteiner, lipider, nukleinsyrer, vitaminer osv. For at de nødvendige elementene skal være tilgjengelige for levende organismer, må de være tilgjengelige til enhver tid. I dette forholdet realiseres loven om bevaring av materie. Det er praktisk å formulere det som følger: atomer i kjemiske reaksjoner forsvinner aldri, blir ikke dannet eller transformert til hverandre; de omorganiseres bare for å danne forskjellige molekyler og forbindelser (samtidig absorberes eller frigjøres energi).

På grunn av dette kan atomer brukes i et bredt spekter av forbindelser, og tilførselen deres blir aldri oppbrukt. Det er nettopp dette som skjer i naturlige økosystemer i form av sykluser av grunnstoffer. I dette tilfellet skilles to sykluser: stor (geologisk) og liten (biotisk). Vannets kretsløp er en av de største prosessene på jordklodens overflate. Det spiller en viktig rolle i å koble geologiske og biotiske sykluser. I biosfæren gjør vann, som kontinuerlig beveger seg fra en tilstand til en annen, små og store sykluser. Fordampningen av vann fra havoverflaten, kondenseringen av vanndamp i atmosfæren og nedbøren på havoverflaten danner en liten syklus. Hvis vanndamp føres med luftstrømmer til land, blir syklusen mye mer komplisert. I dette tilfellet fordamper en del av nedbøren og går tilbake til atmosfæren, den andre mater elver og reservoarer, men returnerer til slutt til havet igjen ved elv og underjordisk avrenning, og fullfører dermed den store syklusen.

En viktig egenskap ved vannets kretsløp er at den, i samspill med litosfæren, atmosfæren og levende stoffer, binder sammen alle deler av hydrosfæren: havet, elver, jordfuktighet, grunnvann og atmosfærisk fuktighet. Vann er den viktigste komponenten i alt levende. Grunnvann, som trenger gjennom plantevev under transpirasjonsprosessen, introduserer mineralsalter som er nødvendige for selve plantens liv. Ved å oppsummere lovene for økosystemfunksjon, la oss nok en gang formulere hovedbestemmelsene deres: 1) naturlige økosystemer eksisterer på grunn av fri solenergi, som ikke forurenser miljøet, hvis mengde er overdreven og relativt konstant;
2) overføring av energi og materie gjennom fellesskapet av levende organismer i økosystemet skjer langs næringskjeden; alle arter av levende ting i et økosystem er delt inn i henhold til funksjonene de utfører i denne kjeden i produsenter, forbrukere, detritivorer og nedbrytere - dette er den biotiske strukturen til samfunnet; det kvantitative forholdet mellom antall levende organismer mellom trofiske nivåer gjenspeiler den trofiske strukturen til samfunnet, som bestemmer hastigheten på passasje av energi og materie gjennom samfunnet, det vil si produktiviteten til økosystemet; 3) naturlige økosystemer, på grunn av deres biotiske struktur, opprettholder en stabil tilstand på ubestemt tid, uten å lide av ressursutarming og forurensning fra eget avfall; skaffe ressurser og kvitte seg med avfall skjer innenfor syklusen til alle elementer.

Menneskelig påvirkning på økosystemet

Den menneskelige påvirkningen på det naturlige miljøet kan vurderes i forskjellige aspekter, avhengig av formålet med å studere denne problemstillingen. Fra et økologisk synspunkt er det av interesse å vurdere den menneskelige innvirkningen på økologiske systemer fra synspunktet om samsvar eller motsetning av menneskelige handlinger med de objektive lovene for funksjonen til naturlige økosystemer. Basert på synet på biosfæren som et globalt økosystem, fører alt mangfoldet av menneskelige aktiviteter i biosfæren til endringer i: sammensetningen av biosfæren, syklusene og balansen til dens bestanddeler; energibalansen i biosfæren; biota. Retningen og omfanget av disse endringene er slik at mennesket selv ga dem navnet på en økologisk krise.

Den moderne miljøkrisen er preget av følgende manifestasjoner: gradvis endring i planetens klima på grunn av endringer i balansen mellom gasser i atmosfæren, generell og lokal (over polene, individuelle landområder); ødeleggelse av biosfærens ozonskjerm; forurensning av verdenshavet med tungmetaller, komplekse organiske forbindelser, petroleumsprodukter, radioaktive stoffer; metning av vann med karbondioksidgass forstyrrelse av naturlige økologiske forbindelser mellom hav og landvann som et resultat av bygging av demninger på elver, noe som fører til endringer i fast avrenning, gyteruter o.l. atmosfærisk forurensning med dannelse av sur nedbør, svært giftige stoffer som følge av kjemiske og fotokjemiske reaksjoner; forurensning av landvann, inkludert elvevann, brukt til drikkevannsforsyning, med svært giftige stoffer, inkludert dioksiner, tungmetaller, fenoler; ørkenspredning av planeten; forringelse av jordlaget; reduksjon i arealet av fruktbare landområder; egnet for landbruk; radioaktiv forurensning av visse territorier på grunn av deponering av radioaktivt avfall, menneskeskapte ulykker, etc. akkumulering av husholdningsavfall og industriavfall på landoverflaten, spesielt praktisk talt ikke-nedbrytbar plast; reduksjon i arealet av tropiske og nordlige skoger, noe som fører til ubalanse i atmosfæriske gasser, inkludert en reduksjon i konsentrasjonen av oksygen i planetens atmosfære; forurensning av underjordisk rom, inkludert grunnvann, som gjør dem uegnet for vannforsyning og truer det fortsatt lite studerte livet i litosfæren; massiv og rask, skredlignende forsvinning av arter av levende stoffer; forringelse av livsmiljøet i befolkede områder , spesielt urbaniserte områder; generell uttømming og mangel på naturressurser for utviklingen av menneskeheten; endring i størrelsen, den energiske og biogeokjemiske rollen til organismer; omorganisering av næringskjeder, massereproduksjon av individuelle arter av organismer, forstyrrelse av hierarkiet av økosystemer, økende systemisk enhetlighet på planeten.