35931

Биосфера. Роль живого вещества в жизни планеты. Географические закономерности распределения биологического разнообразия и биомассы

Контрольная

Биология и генетика

Роль живого вещества в жизни планеты. В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества: живое; биогенное возникшее из живого или подвергшееся переработке; косное абиотическое образованное вне жизни; биокосное возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному по Вернадскому относится почва; вещество в стадии радиоактивного распада; рассеянные атомы; вещество космического происхождения. 2 Биогенез преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы образование высокомолекулярных органических...

Русский

2013-09-20

57 KB

22 чел.

15. Биосфера. Роль живого вещества в жизни планеты. Географические закономерности распределения биологического разнообразия и биомассы.

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:

-живое;

-биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке);

-косное (абиотическое, образованное вне жизни);

-биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва);

-вещество в стадии радиоактивного распада;

-рассеянные атомы;

-вещество космического происхождения.

Биосфе́ра - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Термин «биосфера» был введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в.

Местоположение биосферы - располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает всю гидросферу.

Границы биосферы:Верхняя граница в атмосфере: 15—20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-излучение, губительное для живых организмов. Нижняя граница в литосфере: 3,5—7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами. Нижняя граница в гидросфере: 10—11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Зарождение жизни

Жизнь на Земле зародилась ещё в архее — примерно 3,5 млрд лет назад. Такой возраст имеют найденные палеонтологами древнейшие органические остатки. Возраст Земли как самостоятельной планеты Солнечной системы оценивается в 4,5 млрд лет. Таким образом, можно считать, что жизнь зародилась ещё в юношескую стадию жизни планеты. В архее появляются первые эукариоты — одноклеточные водоросли и простейшие. Начался процесс почвообразования на суше. В конце архея появился половой процесс и многоклеточность у животных организмов.

Основные этапы развития биосферы: синтез простых органических соединений, биогенез, антропогенез, техногенез и ноогенез.

1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа - 3,5-4,5 млрд. лет. На этом этапе происходило образование низкомолекулярных органических соединений (аминокислот, спиртов, углеводов, органических кислот). Жизнь на Земле основана на углеродистых соединениях. Почему именно углерод стал основой жизни? Во-первых, потому, что углерод образует соединения в виде крупных молекулярных цепочек. Во-вторых, углеродистые соединения взаимодействуют медленно. В-третьих, углерод образует сложные соединения с особой структурой, существенной для протекания важнейших жизненных процессов.

2) Биогенез - преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа - 2,5-3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы).

3) Антропогенез - появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа - 1,5-3 млн. лет назад (появление человека).

Теория антропогенеза базируется на симиальной (от лат. «симиа» - обезьяна) гипотезе Ч. Дарвина о происхождении человека от древней человекообразной обезьяны. Процесс перехода от обезьяны к человеку - гоминизация (от лат. homo - человек) был длительным и сложным. Он включал развитие прямохождения и мозга, адаптацию руки к трудовой деятельности, появление членораздельной речи и др. Большую роль в очеловечивании обезьяны играло и изготовление орудий труда.

4) Техногенез - преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно-технических комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало этапа - 10-15 тыс. лет назад (появление городских поселений).

5) Ноогенез - процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально-природной системы (ноосферы). Ее можно характеризовать как состояние биосферы, при котором осуществляются: а) рациональное использование природы, т.е. рациональное природопользование;

б) устойчивое развитие мирового человеческого сообщества.

Это процесс становления и развития человеческого интеллекта. Объем этой информации давно превзошел информационную емкость отдельного человеческого мозга, целиком вмещавшего информацию поведенческую. Для хранения логической информации постепенно возникали все новые виды искусственных, т.е. создаваемых человеком, носителей - от древних глиняных табличек до современных форм магнитной записи и пр. Процесс ноогенеза, таким образом, постепенно порождает единую информационную сеть, охватывающую всю планету. Формируется ноосфера.

Живое вещество в биосфере выполняет такие планетарные функции:

1. Энергетическая функция живого вещества заключается в трансформации более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, от Солнца. Преимущественно эта энергия идет на химические и физические процессы в гидросфере, литосфере и атмосфере. На Земле существует только один процесс, когда энергия Солнца связывается и запасается (иногда на довольно продолжительное время) в виде энергии органических соединений. Это фотосинтез. Сжигая уголь, мы используем солнечную энергию, которую запасли растения сотни миллионов лет назад. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, которые образовались в палеозое, мезозое и кайнозое.

2. Редуцентная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности огромного количества гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит работа по разложению органических остатков. Органические соединения разлагаются до углекислого газа, аммиака, воды, а в анаэробных условиях — еще и к водорода и углеводов. Продукты минерализации вновь используются автотрофами. Так осуществляется круговорот веществ в природе. Кроме того, в почве часть веществ ароматической природы, которые высвобождаются, под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, опять сконденсируется с образованием сложного комплекса соединений — почвенного гумуса. Этот процесс стимулируется деятельностью многих почвенных групп гетеротрофов. Гумус является основой плодородия почвы.

3. Газовая функция живого вещества связана с тем, что многие газов планеты имеют органическое происхождение, то есть являются продуктами жизнедеятельности живых существ. Так, кислород в атмосфере, на долю которого приходится 21%, выделяется в результате фотосинтеза зелеными растениями. Накопление кислорода в атмосфере началось еще с докембрия. До наступления палеозоя содержание его, по некоторым данным, не превышает 10% современного. Весь имеющийся свободный кислород в атмосфере оценивается в 1,6 • 1016 г, зеленые растения могут воспроизвести его за 10 000 лет (Н. М. Чернова, А. М. Билова, 1986). В верхних слоях тропосферы под действием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана также является следствием деятельности живого вещества, которое, по выражению В. И. Вернадского, «словно сама создает себе сферу жизни».

Углекислый газ является также продуктом дыхания всех живых существ планеты. Современная атмосфера содержит 0,3% СО2. Содержание СО2 в атмосфере раннего периода развития жизни был значительно выше. В течение фанерозоя он менялся в достаточно широком диапазоне. В девоне в начале карбона, а также в Перми он превышал современный уровень в 6-10 раз, а начиная с середины мела неуклонно снижается.

Азот может поступать в атмосферу за счет процесса денитрификации (восстановление окислов азота до свободного азота). Этот процесс происходит под действием микроорганизмов в почвах за анаэробных условий.

К газам органического происхождения принадлежит также сероводород, метан и множество других летучих соединений, созданных живым веществом. В течение одного дня 1 га ялинцевого леса может выделить в атмосферу до 30 кг летучих веществ — фитонцидов.

4. Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности микроорганизмов в биосфере осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). К таким микроорганизмов относятся денитрифицирующие и сульфатредукуючи бактерии, которые восстанавливают из окисленных форм азот до металлов и серу из сероводорода. Микроорганизмы-окислители могут быть как автотрофами, так и гетеротрофами. Это бактерии, которые окисляют сероводород и серу, нитро — и нитрофикуючи микроорганизмы, железные и марганцевые бактерии, концентрирующих эти металлы в своих клетках.

Геологические последствия деятельности этих организмов оказываются в образовании осадочных месторождений серы, образовании в анаэробных условиях залежей сульфидов, металлов, а в аэробных условиях — в возникновении железных и железомарганцевых руд.

5. Концентрационная функция заключается в том, что многочисленные организмы наделены способностью накапливать, концентрировать в себе определенные элементы, несмотря на кое слишком ничтожен содержание их в окружающей среде. Организмы могут концентрировать в себе кальций, кремний, натрий, аммоний, йод и т.д. Отмирая, они образуют сочетание этих веществ. Возникают залежи таких соединений, как известняки, бокситы, фосфориты, осадочная железная руда и др. Многие из них человек использует как полезные ископаемые.

В целом биосфера похожа на большой, гигантский организм, в котором автоматически поддерживается гомеостаз и существуют различные связи: энергетические, химические, трофические, информационные.

В. И. Вернадский разрабатывал также учение и о ноосфере. Сам термин «ноосфера» (noos — ум, Sphaira — шар, то есть сфера, в которой действует разум) был предложен двумя французскими учеными С. Леруа и Тейяра де Шардена. По Вернадскому, ноосфера — это такой этап развития биосферы, когда умственная деятельность человека станет главным, ведущим фактором в биосфере. Следует отметить, что В.И. Вернадский рассматривал ноосферу как будущее состояние биосферы. На его взгляд, цивилизация еще очень далека от такого состояния.

Развитие жизни шло неравномерно. Некоторые виды (например, сине-зеленые водоросли) сохранились с архея до наших дней; другие дали начало возникновению сложных форм живого, вплоть до человека; многие вымерли, не сумев приспособится к меняющимся условиям среды. За всю историю биосферы существовало примерно 500 млн. видов, а в настоящее время их только около 2 млн. видов. Удивительно высока потенциальная возможность размножения живых организмов, и приспособляемость их к условиям среды. Микроорганизмы были обнаружены в исландских гейзерах, имеющих температуру 93 °c. Споры некоторых бактерий сохраняют жизнеспособность при температуре -253 °c. Чтобы захватить всю поверхность планеты, холерной бактерии при благоприятных условиях хватило бы 1,2 суток, комару - 203 дня, а крысе - 8 лет; потомство одного одуванчика через 10-12 лет покрыло бы всю сушу.
Максимальная плотность живого вещества (свыше 90 % общей биомассы) отмечается на поверхности суши, главным образом в тропических лесах (до 500 т/га); минимальная - в высокогорьях, пустынях и полярных областях; в пределах гидросферы биомасса концентрируется в поверхностном (планктонном) слое зоны морского мелководья. Число видов животных (1,5 млн) много больше, чем растений (около 500 тыс.), но по массе вещества растения в тысячу раз превышают массу животных. На суше биомасса растений значительно больше биомассы животных, в океане, наоборот, по массе преобладают животные.

По условиям обитания в органическом мире океана выделяют планктон - пассивно плавающие в воде и не имеющие двигательного аппарата растения (фитопланктон - 70 % биомассы) и животные (зоопланктон); нектон - активно плавающие животные (рыбы, плавающие моллюски, китообразные и др.) и бентос - растения и животные живущие на дне. Общие закономерности географического распределения живого вещества в Мировом океане таковы: в тропиках мала биомасса (менее 0,01 кг/т2), поскольку в теплой воде содержится недостаточное количество кислорода, но велико видовое разнообразие. Повышенная биопродуктивность и биомасса (до 0,5 кг/м2) свойственны районам подъема холодных глубинных вод (зоны апвеллинга) у западных побережий материков; районам расходимости поверхностных течений (зоны дивергенции) в восточных частях Атлантического, Индийского и Тихого океана в умеренных и субтропических широтах. В холодных водах на севере Тихого океана, на стыке Атлантического и Северного Ледовитого биомасса достигает 2 кг/м2, но видовое разнообразие невелико.
Распределение биомассы на суше, в целом, обратно океаническому и важнейшими определяющими факторами здесь являются - количество приходящей солнечной энергии и соотношение тепла и влаги. Количественно это соотношение выражается различными коэффициентами, например, радиационным индексом сухости (отношением радиационного баланса к количеству тепла, необходимому для испарения годовой суммы осадков). Максимум биомассы и видовое разнообразие приходится на влажные экваториальные леса, по мере движения к полюсам биомасса и видовое разнообразие снижается. Однако на этом пути наблюдается еще два пика повышения биомассы (вечнозеленые субтропические леса и смешанные и широколиственные леса умеренного пояса), приуроченных к районам, где тепло и влага сбалансированы, т. е. индекс сухости близок к единице.

Биомасса Земли составляет 1,8 х 1012т сухого вещества и неизмеримо мала по сравнению с массой Земли (около 6 х 1027 т). Однако роль живого вещества огромна. Основные его функции - использование солнечной энергии фотосинтезирующими организмами и биологический круговорот вещества и энергии, который обеспечивает динамику всех жизненных процессов. Сущность круговорота сводится к двум противоположным процессам: созданию органического вещества и его превращению в дальнейшем в простые минеральные вещества. Эти процессы состоят из трех главных этапов: создания в результате фотосинтеза с использованием солнечной энергии органического вещества первичной продукции (при этом выделяется кислород), превращения первичной (растительной) продукции во вторичную (животную), разрушения первичной и вторичной биологической продукции. По способу участия в биологическом круговороте организмы делятся на 3 большие группы: 1) продуценты - производящие органическое вещество из неорганического, в основном это растения; 2)консументы - питающиеся органическим веществом - все животные, грибы, часть дробянок; 3) редуценты - микроорганизмы и грибы, превращающие продукты жизнедеятельности организмов и погибшие организмы в простые неорганические соединения, которые усваиваются из почвы высшими растениями. Ряды видов растений, животных, микроорганизмов и грибов, связанных друг с другом отношениями "пища - потребитель" образуют пищевые цепи или цепи питания. По этим цепям передаются вещество и энергия.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76509. Взыскание задолженности по алиментам 17.93 KB
  Задолженность по уплате алиментов может образоваться в двух случаях: Судом установлен размер алиментов в твердой денежной сумме однако алиментообязанное лицо по какимто причинам не платит положенные алименты. Судом установлен размер алиментов в процентах от заработка однако алиментообязанное лицо нигде не работает и не получает иного дохода. В первом случае расчет задолженности по алиментам не составляет особого труда: необходимо умножить количество месяцев в течение которых не производилась уплата алиментов на твердую денежную сумму...
76510. Прекращение алиментных правоотношений 17.14 KB
  Так если алиментные обязательства были установлены соглашением сторон об уплате алиментов то они согласно п. 120 СК прекращаются: смертью одной из сторон; истечением срока действия соглашения; по иным основаниям непосредственно предусмотренным соглашением об уплате алиментов например при восстановлении трудоспособности или прекращении нуждаемости бывшего супруга на содержание которого другим бывшим супругом выплачивались алименты. Что же касается алиментов взыскиваемых в судебном порядке то основания...
76511. Формы контроля знаний, умений и навыков учащихся на уроках русского языка 33 KB
  Формы контроля знаний умений и навыков учащихся на уроках русского языка. Устный опрос На уроках контроль знаний учащихся осуществляется в виде фронтальной и индивидуальной проверки. При фронтальном опросе за короткое время проверяется состояние знаний учащихся всего класса по определенному вопросу или группе вопросов. Индивидуальный устный опрос позволяет выявить правильность ответа по содержанию его последовательность самостоятельность суждений и выводов степень развития логического мышления культуру речи учащихся.
76512. Понятие «компетенция» в методике русского языка. Виды компетенций 28 KB
  Понятие компетенция в методике русского языка. Введение понятия компетенция в методику преподавания русского языка в школе связано с поисками более точного строгого определения целей обучения с выявлением уровней владения языком иначе говоря с ответом на вопрос как ученик владеет языком. Коммуникативная компетенция предполагает овладение всеми видами речевой деятельности и основами культуры устной и письменной речи базовыми умениями и навыками использования языка в жизненно важных для данного возраста сферах и ситуациях общения....
76513. Методическое наследие и его роль в развитии методики русского языка 33 KB
  Методическое наследие и его роль в развитии методики русского языка Возникновение методики преподавания русского языка датируют 1844 годом годом выхода в свет книги Федора Ивановича Буслаева О преподавании отечественного языка но еще задолго до этого исследования появлялись работы которые сейчас мы могли бы называть методическими пособиями. Срезневского 1812-–1870 больше известного как автора словаря древнерусского языка но ему принадлежат и методические работы. Автор рекомендует не ограничиваться в школе изучением литературного...
76514. Внеклассная работа по русскому языку 29.5 KB
  Дети по своему усмотрению выбирают тот или другой вид внеклассной работы. Второй принцип принцип равного права как сильных так и слабых школьников на участие во внеклассной работе. Интерес к внеклассной работе не возникает стихийно; он развивается при определенных условиях которые создаются учителем т. Принцип развития способностей детей лежит в основе любой внеклассной работы в том числе и работы по русскому языку и литературе.
76515. Факультативные занятия по русскому языку 33.5 KB
  Как показано в главе о содержании образования в учебные планы общеобразовательных школ включены факультативные занятия по предметам которые изучаются по выбору самих учащихся. Следовательно факультативные занятия проводятся на добровольных началах и по выбору самих учащихся параллельно с изучением обязательных предметов. С помощью факультативных занятий школа призвана решать следующие задачи: а удовлетворять запросы в более глубоком изучении отдельных предметов которые интересуют учащихся б развивать учебнопознавательные интересы...
76516. Формирование языковой и лингвистической компетенции на уроках русского языка 26.5 KB
  Формирование языковой и лингвистической компетенции на уроках русского языка.:Языковая компетенция способность учащихся употреблять слова их формы синтаксические структуры в соответствии с нормами литературного языка использовать его синонимические средства в конечном счете владение богатством языка как условие успешной речевой деятельности. В преподавании русского языка как родного и как неродного формирование языковой компетенции занимает неодинаковое место. В первом случае дети усваивают звуковую и лексическую системы...
76517. Формирование коммуникативной компетенции на уроках русского языка 38 KB
  Формирование коммуникативной компетенции на уроках русского языка. Однако охарактеризованные знания и умения еще не обеспечивают общения адекватного коммуникативной ситуации. Очень важное место в коммуникативной компетенции занимают собственно коммуникативные умения и навыки выбрать нужную языковую форму способ выражения в зависимости от условий коммуникативного акта33 т. умения и навыки речевого общения сообразно коммуникативной ситуации.