Здавалка
Главная | Обратная связь

Структура та властивості біосфери



Всі екосистеми суші та океану в своїй сукупності складають живу оболонку Землі – біосферу. Засновником сучасних уявлень про біосферу, про “сферу життя” вважаються академік В.І. Вернадський.

Вчення про біосферу є одним з головних постулатів екології. В.І. Вернадський поряд з організмами розглядав і середовище їх існування. Він вважав, що розвиток біосфери в значній мірі визначається життєдіяльністю організмів і що існує безперервна взаємодія всього живого з неорганічними умовами середовища. Отже, жива речовина виступає в ролі геологічної сили, яка формує обличчя планети. Вся відома з геологічних відкладень історія Землі має сліди діяльності живих організмів, тобто фактично є історією біосфери. Особлива роль в біосфері належить “живій речовині” під якою розуміється сукупність всіх живих організмів нашої планети. Жива речовина складає дуже малу частку біосфери, але відрізняється дуже високою активністю, що виявляється у споживанні, вивільненні та нагромадженні в тілах живих організмів тих чи інших елементів у великих кількостях. Таким чином, біосфера це та область нашої планети в якій існує або будь коли існувало життя і яка постійно піддається або піддавалася впливу живих організмів.

Біосфера – це область розповсюдження життя на Землі, верхня межа якої простягається до висоти 10-12км, а нижня межа проходить по донним відкладенням океанів на глибині , що іноді досягає 10 км.

Енергетичне джерело біосфери – Сонце. В.І. Вернадський розглядає біосферу не як просту сукупність живих організмів, а як єдину термодинамічну систему, в якій сконцентровано життя і проходить постійна взаємодія живого з неорганічними умовами середовища.

Межі біосфери обумовлені полем можливого існування життя, яке може виявлятися лише в певних енергетичних, фізичних та хімічних умовах. Отже, життя охоплює не всі оболонки планети. Звичайно, біосферу розділяють на три геосфери залежно від їх фазового складу: газову оболонку, тобто атмосферу, водну, тобто гідросферу і тверду – літосферу. Хімічний склад атмосфери, гідросфери і літосфери обумовлений життєдіяльністю організмів.

Атмосфера або нижня її межа тропосфера. Товщина її складає приблизно 15 км. Вона складається в основному з азоту та кисню (78% та 21%). З малих по кількості газів слід виділити Ar (аргон) 0,93%. та СО2 0,03%. Досить важливе значення в атмосфері відіграє озон (О3), який розташований у вигляді шару на висоті приблизно 25 км над поверхнею Землі. Атмосфера в значній мірі впливає на фізичні, хімічні, біологічні процеси на земній поверхні і в гідросфері. Найбільше значення для біологічних процесів мають: кисень, який використовується в процесах дихання організмів і при мінералізації органічної речовини, вуглекислий газ, який витрачається в ході фотосинтезу автотрофними рослинами, а також озон, який екранує шкідливу для організмів ультрафіолетову радіацію Сонця.

Гідросфера. Вода у її різних станах є найважливішою складовою частиною біосфери і одним з головних чинників існування життя. Основна кількість біосферної води міститься в Світовому океані, який займає 71% поверхні планети. Загальний об’єм океанічних вод складає 1300 млн. км3. 24 млн. км3 складають льодовики, стільки ж підземні води на глибині 2 км, в озерах вміщено 0,18 млн. км3, в атмосфері – 0,013 млн. км3, в річках – 0,002 млн. км3 і біологічна вода займає 0,001 млн. км3. Живі організми, носії біологічної води, мають її в своєму складі в кількості 50-90%.

Літосфера(ґрунт). Якщо в атмосфері та гідросфері організми займають шари більш або менш значної товщини, організми літосфери перебувають в шарі ґрунту, який рідко коли перевищує декілька метрів. Грунт утворився з мінеральних компонентів, які виникли внаслідок руйнування гірських порід, і органічних речовин – продуктів життєдіяльності живих організмів, головним чином, рослин. Ці продукти накопичуються в верхніх шарах ґрунту – листя, гілки, трохи глибше – мертве коріння. Важливу роль в утворенні ґрунту відіграють процеси розкладення органічної речовини, що здійснюються бактеріями, грибами нижчими ґрунтовими істотами. Внаслідок цієї діяльності в ґрунті утворюються запаси вуглецю, азоту, фосфору, калію, тощо.

Живі організми, поряд із трьома геосферами, які складають біосферу, є найважливішою частиною біосфери. У розвитку біосфери вирішальна роль належить саме біологічному факторові, виникненню живих організмів, що здатні здійснювати фотосинтез органіки з мінеральних речовин. Виникнення хлорофілоносних рослин на суші відіграло вирішальну роль в змінені вмісту кисню в атмосфері Землі і формуванні ґрунтового шару. Отже, в біосфері мають місце процеси регуляції розвитку живої матерії і один з основних – обмін речовин з навколишнім середовищем. Елементи, які необхідні для розвитку і існування, беруться організмами з навколишнього середовища. Вони після використання, вертаються, тим самим замикаючи кругообіг, який повторюється багаторазово. З моменту зародження життя на землі (приблизно 4 млрд. років тому) всі зовнішні шари земної кори на 99% були перероблені живими організмами, хоч рослинна маса складає 10000 млрд. т, а тваринна – 10 млрд. т, що відповідає приблизно 0,01% маси всієї біосфери загалом.

Продуктивність біосфери оцінюється в 83 млрд. т сухої речовини на рік (30 млрд. т постачає вода і 53 млрд. т – суша). Рослинність вивільнює при цьому 200 млрд. т кисню. Циклічність процесів в біосфері призводить до того, що для кисню, СО2 і води період обертання крізь живу компоненту біосфери складає 2000, 300, 2000000 років відповідно. За сучасною оцінкою на Землі нараховується 1,265 млн. видів організмів ( 1 млн. рослинних та 0,265 тваринних).

Біосфера – найбільш складна система з усіх, що доступні для вивчення. Зараз розроблені лише найпростіші її моделі. Складна система характеризується поперед усього складністю зв’язків в ній і відношень. В біосфері зовсім недавно були відкриті зв’язки, які раніше були відомі в технологічних, біологічних або соціальних системах. По-перше це природні механізми гомеостазу – підтримання параметрів системи в певних межах мінливості: температури, вологості, температури випаровування, рівня води у водоймах.

Це дає змогу розглядати біосферу як систему, що саморегулюється. Саморегулювання в природних системах здійснюється завдяки досить простим механізмам. Це механізми негативного та позитивного зворотного зв’язків, які широко використовуються в техніці. Простіша система негативного зворотного зв’язку – це безстічне озеро (наприклад, Арал, Каспій):

 
 

З цієї схеми безстічного озера можна побачити, що умовою стабілізації є рівність стоку та випаровування, що регулюється крізь рівень озера, який в свою чергу, залежить від об'єму води. Від рівня озера залежить площа, вона виступає елементом, який керує в цій системі за схемою:

зростання стоку зростання рівня зростання площі

зростання випаровування зменшення рівня

Тому в такій системі рівень озера прямує до стабілізації. Це явище ми спостерігаємо у вигляді коливань, осциляцій озера. Стратегією такої системи є збереження рівноваги, тобто вона є своєрідним вартовим, яких в природі багато.

Але коли б все було тільки так, то природні рівноваги були б стабільними і їх ніщо не спроможна було б зруйнувати. Проте, в природі існують ще зв’язки іншого характеру, прямо протилежного.

Наприклад, в річну систему починають скидати побутові стічні води. Спочатку це викликає деяке підвищення активності мікроорганізмів - редуцентів, які одержали додаткове джерело харчування. Рівновага зберігається, доки можливості угрупування не будуть вичерпані. Потім настає стан пригнічення редуцентів, який призведе до уповільнення очищення, нагромадженню стоків і наступне погіршання середовища мешкання організмів, подібно до сніжної кулі, що була скинута з гори. Це приклад позитивного зворотного зв’язку.

Усі наведені приклади як негативних, так і позитивних зворотних зв’язків зустрічаються в чистому вигляді в природі рідко – вони утворюють складні багаторівневі системи.

Якщо узагальнити, то можна зробити висновок: Система, яка перебуває в стані рівноваги, під зовнішнім впливом так перебудовує свої параметри, щоб ефект зовнішньої дії був мінімальним (принцип Ле-Шательє).

 

Природні ресурси

Під природними ресурсами розуміють природні об’єкти та явища, які використовувались в минулому, можуть використовуватися тепер і в майбутньому для прямого і непрямого споживання. Вони сприяють створенню матеріальних цінностей. Сюди входять такі природні ресурси як атмосферне повітря, вода, ґрунт, мінеральні ресурси, рослини, тварини тощо.

Природні ресурси можна поділити на вичерпні та невичерпні.

До вичерпних ресурсів належать такі, запаси яких можуть зменшитися та зникнути внаслідок їх використання людиною або дії на них. До невичерпних належать ресурси, нестача яких зараз і в найближчому майбутньому не загрожує.

Вичерпні ресурси у свою чергу розділяються на відновлені і невідновлені. Відновлені – це усі природні ресурси, що перебувають у межах біосферного кругообігу речовин, вони здатні до самовідновлення за строки, які можна співставити з темпами господарчої діяльності людини. Рослинні, водні, повітряні ресурси належать до цього типу. Невідновлені – це ресурси, які не здатні до самовідновлення – мінеральні ресурси, паливо.

Атмосферні ресурси. Вони є середовищем необхідним для існування життя в біосфері, тому що все живе пристосувалося до дихання з поглинанням кисню, а рослини утилізують вуглекислий газ атмосфери і вивільнюють кисень. Атмосфера є газовою оболонкою Землі, для якої вода й суша є підстилаючими поверхнями, а космічний простір – зовнішнім середовищем. Товщина земної атмосфери складає 2000 км, проте життя існує лише у шарі товщиною 16-18 км на екваторі і 6-8 км на полюсах. Маса атмосфери (5,1-5,3) · 1015 т. Атмосфера – середовище, де відбуваються кругообіги, вона важлива для життя, для окислення мертвої органіки. Кисень атмосфери – це ресурс, що відновлюється, але він постійно витрачається і різниця між тим киснем, що витрачається, і тим, що відновлюється, в останній час зміщується до нульового балансу. Для різних потреб людиною використано за останнє сторіччя 240 · 109 т кисню, а щорічне використання оцінюється в 20 · 109т ( загальна кількість кисню в атмосфері - 1015 т). Використовується кисень в основному для енергетичних потреб – при спалюванні палива.

Водні ресурси. До них належить уся вільна вода біосфери – моря, озера, ґрунтові і підземні води, атмосферна волога. З усіх запасів біосферної води ( біля 1300 млн. км3) може використовуватися лише 2,53%, прісна вода складає 0,007% або 91 тис. км3. Завдяки тому, що природні води здатні до самоочищення і самовідновлення, їх відносять до невичерпних природних ресурсів. Проте за останній час здійснилося змінення якісної оцінки водних ресурсів, які внаслідок розвитку промислового виробництва, сільського господарства і житлової зони піддалися інтенсивній експлуатації і забрудненню. Якщо в давні часи людина витрачала 12-18 л води за добу, то в ХХ сторіччі – 200-300 л, а в великих містах – і 700 л. Для власних біологічних потреб людині треба 2-3 л води на добу. Розвиток промислового виробництва викликав зростання витрат води. На одержання 1 т готової продукції (питоме водоспоживання) витрачається, л: синтетичне волокно – 2500-5000; чавун – 160-200; каучук - 2000-3500; мінеральні добрива – 600 тощо.

Україна є одним з найменш забезпечених водою регіонів Європи. Водні ресурси (поверхневі і підземні води) складають 60 км3, іноді знижуючись до 37 км3. На одного мешканця припадає 1000 м3 води на рік. Промисловість розташована нерівномірно. Донецько-Придніпровський район має третину водних ресурсів, а забезпечує 60% промислового виробництва. Населенням і господарством України щорічно використовується 30 млрд. м3 води, з них промисловістю – 52,1%; сільським господарством – 31,2%; комунальним господарством – 15,9%; іншими галузями – 0,8%.

Мінеральні ресурси. Цей вид ресурсів відіграє важливу роль в розвитку людського суспільства. починаючи з самих ранніх періодів, тому що зв’язаний з отриманням енергії. Через обмеженість запасів корисних копалин їх слід віднести до невідновних ресурсів. Зараз людина використовує у виробництві більш ніж 80 елементів. На Україні нараховується 5,5 тисяч родовищ корисних копалин. Найважливіші: кам’яне та буре вугілля (6% світового), залізна руда (13%); марганцева руда (40%); уранова руда (40%); каолін (5%); ртутна руда тощо. Земельні ресурси. Ці ресурси мають виключне значення для людини. Невід’ємною їх частиною є ґрунт. Земельний фонд України складає 60,4 млн. га. З них освоєно людиною 92%; на сільське господарство припадає 70%, з них зорано 56%. За рахунок техногенного навантаження експлуатаційна якість ґрунтів погіршується. Кількість гумусу зменшилася з 3,5% до 3,2%; кислі ґрунти зросли на 30%, засолені – на 25%.

Лісові ресурси. Цей вид ресурсів – важливий фактор стабільності біосфери. Вони відновлюють повітря, стабілізують ґрунтовий покрів. 1 га лісу поглинає в середньому за рік близко 20 т СО2 та вивільнює приблизно 13 т О2. Всі зелені рослини Землі поглинають 300 млрд. т СО2 на рік та утворюють 200 млрд. т О2. Проте ліс потерпає колосальні антропогенні навантаження – він є сировиною для будівельних матеріалів, паперу. Щохвилинно на Землі вирубується 44 га лісу. На Україні багато рослинних ресурсів, проте лісових ресурсів мало. Їх площа складає 10млн. га, 30% з яких складають заповідники. Проте внаслідок антропогенної діяльності ліси гинуть.

Найбільш серйозний наслідок знищення лісів – порушення режиму річок і ерозія грунту. Лісний покрив регулює паводки річок і захищає ґрунт від поверхневої і глибинної ерозії.

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.