Биосфера и цивилизация

через живые ткани растений или запасы мертвого органического вещества,

источником которого также является фотосинтез. В разных типах экосистем

мощность потоков энергии через цепи выедания и разложения различна: в

водных сообществах большая часть энергии, фиксированной одноклеточными

водорослями, поступает к питающимся фитопланктоном животным и далее - к

хищникам, и значительно меньшая включается в цепи разложения. В большинстве

экосистем суши противоположное соотношение: в лесах, например, более 90%

ежегодного прироста растительной массы поступает через опад в детритные

цепи.[1]

4. Биосфера и ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости,

биопродуктивность.

4.1. Структура биосферы.

Биосфера включает в себя: живое вещество, образованное совокупностью

организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе

жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф,

известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых

организмов; биокосное вещество, представляющее собой совместный результат

жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы).

Косное вещество биосферы.

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают

невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит

примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона,

который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть

ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут

существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной

коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В

литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено

температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком

состоянии[3].

Атмосфера.

Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших

количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние

атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и

биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для

биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый

для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид

углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную

поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид

углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря

вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза[3].

Гидросфера.

Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов

существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом

океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300

млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а

количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3.

Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значение

имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество

широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида

углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере.

Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение

геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара[3].

Литосфера.

Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в

почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва

включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и

органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов[3].

Живые организмы (живое вещество).

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах

распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы

и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена

главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое

океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса

организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и

0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений

приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей

биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса

океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,

обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная

закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их

вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -

беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -

млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного

вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических

процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы

черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи

воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря

жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10%

биомассы[3].

4.2. Эволюция биосферы.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя

целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним

законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного

излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных

тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е.

оболочки, образованной .веществом Земли, происходило на ранних стадиях

существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли

были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на

поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях

вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие

процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и

их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно

и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой

материи на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к

возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой

системы геологических и биологических тел и процессов преобразования

энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей,

достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию

Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых

растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился

кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет

концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.

Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной

(неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату,

топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.

Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени

относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в

постоянном динамическом равновесии и развитии[2].

В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные

перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,

характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихся

одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью -

количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу

времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический

круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость

миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов

в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой[1].

Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в

биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные

(местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем

(биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.

Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по

безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для

жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние

времена различные жизненные формы и виды растений, животных,

микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество,

можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в

вечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканических

районов.

Такую способность к распространению живого вещества В.И.Вернадский назвал

“всюдностью жизни”[2].

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ,

умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости.

Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования

энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями,

сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический

вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание

(совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность

изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически

искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты

питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в

новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

Биосфера и человек. Ноосфера.

Термин “ноосфера” был предложен в1927 году французским математиком и

философом Э.Леруа. “Noos” - древнегреческое название человеческого

разума[3].

Первая созданная человеком культура-палеолит (каменный век) - продолжалась

примерно 20-30 тысяч лет. Она совпадала с длительным периодом оледенения.

Экономической основой жизни человеческого общества была охота на крупных

животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога, осла,

лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят

многочисленные кости диких животных - свидетельство успешной охоты.

Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно

быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов. Если мелкие

травоядные могли восполнить потери от преследования охотниками высокой

рождаемостью, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены

этой возможности. Дополнительные трудности возникли вследствие изменения

природных условий в конце палеолита. 10-12 тысяч лет назад наступило резкое

потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе, вымерли

крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся

экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития,

характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским

отношением к окружающей среде.

В следующую эпоху - эпоху неолита (новый каменный век) - наряду с охотой,

рыбной ловлей и собирательством все большее значение приобретает процесс

производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и

разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тысяч лет

назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу,

ячмень, чечевицу, кости домашних животных - коз, свиней, овец. Развиваются

зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется

огонь и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и

как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается

металлургия.

Возникновение антропоценозов.

Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние

два столетия, и особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность

человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой

дальнейшей эволюции биосферы. Возникли антропоценозы (от греческого

anthropos - человек, koinos - общий, общность) - сообщества организмов, в

которых человек является доминирующим видом, а его деятельность-

определяющей состояние всей системы. В.И.Вернадский считал, что влияние

научной мысли и человеческого труда обусловили переход биосферы в новое

состояние - ноосферу (сферу разума)[3]. Сейчас человечество использует для

своих нужд все большую часть территории планеты и все большие количества

минеральных ресурсов.

4.3. Природные ресурсы и их использование.

Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают

возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат

основой материального производства человеческого общества. Среди природных

богатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические и

водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом

огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают

атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную

воду уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый. поскольку во многих

регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о

неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за

загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом.

Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии

использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно рассматривать

как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных

программ, направленных на восстановление их качества[3].

Исчерпаемые ресурсы.

Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые.

К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие почв. Из

числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни человека играет

лес. Лес имеет немаловажное значение как географический и экологический

фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают поверхностные воды,

т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержанию уровня грунтовых

вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую

ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. В нашей стране леса

занимают около 30% всей ее суши и являются одним из природных богатств.

К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. Их использование

человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами, которые нашли

применение, были самородные золото и медь. Добывать руды, содержащие медь,

олово, серебро, свинец умели уже за 4000 лет до н.э. В настоящее время

человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности преобладающую часть

известных минеральных ресурсов. Если на заре цивилизации человек

использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале XX

века - около 60, то сейчас более 100 - почти всю таблицу Менделеева.

Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд. т руды,

топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этих ресурсов[2].

Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменного угля, нефти

и газа. В современных условиях значительная часть поверхности Земли

распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные

пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельского

хозяйства потребовало больших площадей для строительства городов,

промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения

коммуникаций. Таким образом к настоящему времени человеком преобразовано

около 20% суши[3].

Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственной

деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и

невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча

полезных ископаемых.

Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник

ресурсов, однако, в течение очень длительного времени его деятельность не

оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия

изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя

внимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились на

человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни

человечество постоянно наращивает темпы материального производства, не

задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от

природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или не

пригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, и

самого человека[2].

4.4. Пределы устойчивости.

Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик нашей

планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические или

физические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.п.).

Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой

существует или когда-нибудь существовала жизнь и которая постоянно

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5