Біосфера як глобальна екологічна екосистема

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Державний вищий навчальний заклад

Донецький національний технічний університет

Кафедра «Прикладна екологія та охорона навколишнього середовища»

Курсова робота

З дисципліни «Загальна екологія та неоекологія»

на тему:

«Біосфера як глобальна екологічна екосистема»

Реферат

Курсова робота: 31 сторінка., 8 рисунків., 7 посилань.,

Метою роботи є поглиблене вивчення і підвищення рівня теоретичних знань з біосферологіі.

У роботі зроблений огляд літературних джерел з питань еволюції біосфери, розглянута її структура та сучасні проблеми. Наведені основні екосистеми Землі.

Біосфера, еволюція, структура біосфери, екосистема, земні біоми, морські біоми, прісноводні біоми, проблеми біосфери

Зміст

Вступ

1 Поняття біосфери

1.1 Загальна характеристика біосфери

1.2 Вчення В.І. Вернадського про біосферу

1.3 Еволюція біосфери

1.4 Структура біосфери

2 Екосистеми

2.1 Поняття екосистеми

2.2 Структура екосистем

2.3 Біоми Землі

3 Проблеми біосфери

3.1 Забруднення атмосфери

3.2 Забруднення ґрунту

Висновок

Перелік посилань

Вступ

Основним об'єктом курсової роботи було удосконалення знань в області біосферології. З виникненням людської цивілізації з'явився новий чинник, що впливає на долю живої природи і довкілля. Він досяг величезної сили в поточному столітті і особливо останнім часом.

З появою і розвитком людства процес еволюції помітно змінився. На ранніх стадіях цивілізації вирубування і випалювання лісів для землеробства, випас худоби, промисел і полювання на диких тваринах, війни спустошували цілі регіони, призводили до руйнування рослинних співтовариств, винищування окремих видів тварин.

У міру розвитку цивілізації, особливо бурхливого після промислової революції кінця середніх віків, людство опановувало все більшу потужність, все більшу здатність залучати і використати для задоволення своїх зростаючих потреб величезні маси речовини - як органічної, живої, так і мінеральної, відсталої.

Зростання населення і розвиток сільського господарства, промисловості, будівництва, що розширюється, транспорту викликали масове знищення лісів в Європі, Північній Америці. Будівництво і експлуатація промислових підприємств, видобуток корисних копалин привели до серйозних порушень природних ландшафтів, забруднення грунту, води, повітря різними відходами.

Попереджаючи про можливі наслідки вторгнення людини, що розширюється, в природу, ще півстоліття назад академік В. І. Вернадський писав: "Людина стає геологічною силою, здатною змінити лице Землі". Це попередження пророчо збулося.

1. Поняття біосфери

1.1 Загальна характеристика біосфери

Біосфера (від біо- жива і греч. sphaira -- куля), оболонка Землі, склад, структура і енергетика якої визначаються сукупною діяльністю живих організмів. Термін «Біосфера» ввів Е. Зюсс в 1875 році, що розумів її як тонку плівку життя на земній поверхні. Заслуга створення цілісного вчення о Біосфері належить В.І. Вернадському. Основи цього вчення, викладені Вернадським в 1926 в книзі «Біосфера» що розроблялася їм до кінця життя, зберігає своє значення в сучасній науці.

Біосфера охоплює частину атмосфери до озонового екрану (20--25 км.), частину літосфери, особливо кору вивітрювання, і всю гідросферу. Нижній кордон опускається в середньому на 2--3 км. на суші і на 1--2 км. нижче за дно океану. Вернадський розглядав біосферу як сферу життя, що включає поряд з організмами і місце їх існування. Він виділив в біосфері 7 різних, але геологічно взаємозв'язаних типів речовин: жива речовина, біогенна речовина(пальні копалини, вапняки і т. д., тобто речовина, що створюється і переробляється живими організмами), косна речовина (утворюється процесами, в яких живі організми не беруть участь, наприклад: вивержені гірські породи), біокосна речовина (створюється одночасно живими організмами і процесами неорганічної природи, наприклад: грунт), радіоактивна речовина, розсіяні атоми і речовина космічного походження (метеорити, космічна пил). [1]



Рисунок 1.1- Кордони біосфери

1.2 Вчення В.І. Вернадського про біосферу

За сучасними уявленнями, біосфера - це особлива оболонка Землі, що містить усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, яка знаходиться у безперервному обміні з цими організмами.

Ці представлення базуються на вченні В. І. Вернадського (1863-1945) про біосферу, що є ,найбільшим, з узагальнень в області природознавства в ХХ ст. Найважливіша значущість його вчення на повний зріст проявилася лише в другій половині нашого століття . Цьому сприяв розвиток екології і, передусім глобальній екології, де біосфера є засадничим поняттям.

Вчення В.І. Вернадського про біосферу - це цілісне фундаментальне вчення, органічно пов'язане з найважливішими проблемами збереження і розвитку життя на землі що знаменує собою принципово новий підхід до вивчення планети як системи, що розвивається, в минулому сьогоденні і майбутньому.

За уявленнями В. І. Вернадського, біосфера включає живу речовину (тобто усі живі організми), біогенну (вугілля, нафта, вапняки та ін.), косну( у його освіті живе не бере участь, наприклад магматичні гірські породи ), біокосну (створюється за допомогою живих організмів), а також радіоактивну речовину, речовину космічного походження ( метеорити та ін.) і розсіяні атоми. Усі ці сім різних типів речовин геологічно пов'язані між собою.

Суть вчення В. І. Вернадського знаходиться у визнанні виняткової ролі "живої речовини", що перетворює вигляд планети. Сумарний результат його діяльності за геологічний період часу величезний. По словах В. І. Вернадського, "на земній поверхні немає хімічної сили більше постійно діючої, а тому могутнішою по своїх кінцевих наслідках, чим живі організми, узяті в цілому" . Саме живі організми уловлюють і перетворюють променисту енергію Сонця і створюють нескінченну різноманітність нашого світу.

Другим найголовнішим аспектом вчення В.І. Вернадського є розроблене ним уявлення про організованість біосфери, яка проявляється в погодженій взаємодії живого і неживого, взаємної пристосовності організму і середовища. "Організм,- писав В. І. Вернадський,- має справу з середовищем, до якого він не лише пристосований, але яке пристосовано і до нього"

В.І. Вернадський обґрунтував також найважливіше уявлення про форми перетворення речовини, шляхи біогенної міграції атомів, тобто, міграції хімічних елементів за участю живої речовини, накопичення хімічних елементів, про рушійні чинники розвитку біосфери та ін. Найважливішою частиною вчення про біосферу В. І. Вернадського є уявлення про її виникнення і розвиток. Сучасна біосфера виникла не відразу, а в результаті тривалої еволюції в процесі постійної взаємодії абиотических чинників . Перші форми життя, по-видимому, були представлені анаеробними бактеріями. Проте творча і перетворююча роль живої речовини стала здійснюватися лише з появою у біосфері фотосинтезуючих автотрофів - ціанобактерій і синьо-зелених водоростей (прокаріотів), а потім і справжніх водоростей і наземних рослин (еукаріотів ), що мало вирішальне значення для формування сучасної біосфери . Діяльність цих організмів привела до накопичення у біосфері вільного кисню, що розглядається як один з найважливіших етапів еволюції.

Паралельно розвивалися і гетеротрофи, і передусім - тварини . Головними датами їх розвитку є вихід на сушу і заселення материків ( на початок третинного періоду ) і, нарешті, поява людини .

У стислому виді ідеї В. І. Вернадського про еволюцію біосфери можуть бути сформульовані таким чином:

1) спочатку сформувалася літосфера - передвісник довкілля, а потім після появи життя на суші - біосфера.

2) У течії усієї геологічної історії Землі ніколи не спостерігалися азойні геологічні епохи (т. е. позбавлені життя ). Отже, сучасна жива речовина генетично пов'язана з живою речовиною минулих геологічних епох.

3) Живі організми - головний чинник міграції хімічних елементів в земній корі, "принаймні, 90 % по вазі маси її речовини у своїх істотних рисах обумовлено життям" (В. І. Вернадський, 1934 ).

4) Грандіозний геологічний ефект діяльності організмів обумовлений тим, що їх кількість нескінченно велике і діють вони практично в течії нескінченно великого проміжку часу .

5) Основним рушійним чинником розвитку процесів у біосфері є біохімічна енергія живої речовини.

У цілому вченні про біосферу В. І. Вернадського заклало основи сучасних уявлень про взаємозв'язок і взаємодію живої і неживої природи . Практичне значення вчення про біосферу величезне. В наші дні воно служить природничо-науковою основою раціонального природокористування і охорони довкілля . [2]



Рисунок 1.2 - В.І. Вернадський

1.3 Еволюція біосфери

Еволюція біосфери формується під впливом алогенних (зовнішніх) сил, таких, як геологічні і кліматичні зміни, і аутогенних (внутрішніх) процесів, обумовлених активністю живих компонентів екосистеми. Перші екосистеми, що існували 3 млрд. років тому, були населені крихітними гетеротрофними організмами, що існували за рахунок органічної речовини. Потім послідувало виникнення і популяційний вибух автотрофних водоростей, які, як вважають, зіграли одну з головних ролей в перетворенні відновної атмосфери на кисневу. З цієї миті упродовж тривалого часу еволюція організмів йшла шляхом створення усе більш складних і різноманітних систем, які контролювали склад атмосфери і містили в собі усе більш великі і високоорганізовані види багатоклітинних .

Зараз вважається загальноприйнятим, що, коли понад 3 млрд. років назад на Землі зародилося життя, атмосфера містила азот, аміак, водень, окисел вуглеводу, метан і водяну пару, але вільний кисень в ній був відсутній . У атмосфері містилися також хлор, сірководень і інші гази, отруйні для більшості сучасних організмів . Склад атмосфери у той час значною мірою визначався вулканічними газами ; вулкани тоді були набагато активнішими, ніж зараз . Через відсутність кисню не існувало і озонового шару (під дією короткохвильового випромінювання О2 перетворюється на О3, що у свою чергу поглинає ультрафіолетове випромінювання ), що екранує згубно ультрафіолетове випромінювання Сонця, яке, таким чином, досягало поверхні суші і води . Це випромінювання убило б будь-які незахищені від нього організми, але, як це не дивно, вважається, що саме воно породило хімічну еволюцію, що привела до виникнення складних органічних молекул, таких, як амінокислоти, які послужили блоками для побудови примітивних живих систем. Дуже мала кількість кисню, що утворюється за рахунок абіотичних процесів, наприклад при дисоціації водяної пари під дією ультрафіолету, могла забезпечити достатня кількість озону, щоб створити деякий захист від самого ультрафіолетового випромінювання . Все ж таки, поки атмосферного кисню і озону було мало, життя могло розвиватися тільки під захистом шару води. Першими живими організмами були дріжжеподібні анаероби, які отримували необхідну для дихання енергію шляхом бродіння .

Так упродовж мільйонів років життя вимушене було існувати в дуже непідходящих умовах, піддаючись безлічі небезпек. Беркнер і Маршалл змалювали цю ситуацію: "Для цієї моделі примітивної екології потрібна водойма, досить глибока, щоб поглинався згубний ультрафіолет, але не такий глибокий, щоб не ослабити надмірно видиме світло . Життя могло зародитися на дні невеликих водойм, або мілководих закритих морів, що живилися, мабуть, гарячими джерелами, багатими придатними в їжу хімічними речовинами" .

Виникнення фотосинтезу покрите таємницею . Поступове збільшення у воді кількості кисню за рахунок життєдіяльності організмів і його дифузія в атмосферу близько 2 млрд. років назад викликали величезні зміни в хімії Землі і зробили можливим швидке поширення життя і розвиток еукаріотичних клітин, що привело у свою чергу до еволюції більших і складніших живих систем. В міру збільшення вмісту кисню в атмосфері шар озону в її верхній частині ставав усе більш потужним. Життя тепер могло вільно поширюватися до поверхні моря. Потім послідувало те, що Клауд назвав "позеленінням суші". Вважається що перші ядерні клітини з'явилися після того, як вміст кисню в атмосфері досяг 3-4% . Зараз вважають, що це сталося приблизно 1 млрд. років назад.

Коли вміст кисню близько 700 млн. років назад досяг приблизно 8%, з'явилися перші багатоклітинні організми . Термін "докембрий" використовується для позначення того величезного періоду часу коли існували тільки дрібні, прокаріотичні одноклітинні форми життя . У кембрії стався еволюційний вибух нових форм життя, таких як губки, корали, черв'яки, молюски, морські водорості і предки насінних рослин і хребетних .

У течії подальших періодів палеозойської ери життя не лише заповнило усі моря, але і вийшло на сушу . Розвиток зеленої наземної рослинності забезпечив великі кількості кисню і їжі, які були потрібні для подальшої еволюції таких великих тварин, як динозаври, ссавці .

Коли приблизно в середині палеозою, близько 400 млн. років назад, продукція кисню порівнялася з його споживанням, вміст кисню в атмосфері досяг сучасного рівня, тобто 20%.

У кінці палеозою сталося зниження змісту О2 і підвищення змісту СО2, що супроводжувалося змінами клімату , що послужило поштовхом до великого "автотрофного цвітіння", що створило запаси викопного палива, на яких заснована сучасна промислова цивілізація .[3]



Рисунок 1.3- Еволюція біосфери. Геологічний періоди і виникнення основних біотичних компонентів за даними палеонтологічного літопису.

1.4 Структура біосфери

Фактично структуру біосфери цілеспрямовано не вивчали, особливо в кількісних показниках. Проте без них навряд чи можливий подальший розвиток науки і практики. І, навпаки, як показує світовий досвід, дослідження у рамках навіть приблизних структурних нарисів дають щедрі плоди: адже передусім треба знати, що вивчати. Це примушує продовжити структурну лінію вчення про біосферу. Таке продовження тим більше потрібне у зв'язку з тим, що антропогенні дії спрямовані одночасно на усю ієрархію екосистем планети - від елементарних биогеоценозов до глобальної біосфери. Люди як правило перетворять для своїх потреб значну нижню частину сходів супідрядних природних систем,а на верхню її частину чинять головним чином опосередковану дію. Якщо не знать, на які екологічні структури спрямований "тиск" людства і як ці структури пов'язані між собою, то неможливо ні передбачити наслідків такого тиску, ні вичленувати і спрогнозувати природні події, що протікають у біосфері.

Загальновідомо, що життя зосереджене в трьох геосферах, що традиційно виділяються : в атмосфері, в гідросфері, а також на і в літосфері (її верхніх шарах). Відповідно підрозділ біосфери - аеробіосфера, гідробіосфера, і геобиосфера. Звертає на себе увагу той факт, що життя не лише зосереджене на земній поверхні, але є і усередині земної тверді, хоч би в підземних водах. Біоценози над водою і на ній,в плівці поверхневого натягнення практично не існують. Вони або внутрішньоводні, або, сухопутно-водні, але не строго легко-водні,як біля кордону середовищ на суші, де формується велика фітосфера, утворена товщею наземної рослинності з супутніми представниками інших царств природи і що об'єднує фактично усі три середовища життя, - повітряну, водну і тверду.

Фітосфера - найбільш продуктивний шар на суші разом з освітленими шарами гідросфери (її фотосферою) складає біофільм, або биокалимму, тобто активну плівку життя. Але фітосфера не вичерпує тієї біосферної структури, яка системно утворилася на поверхні суші, - террабіосфери. У останню входить і "чиста" гетеротрофна еолова зона високогір'я.

Життя проявляється , хоча і не так явно, як на поверхні, в глибинах літосфери і особливо в підземних водах. Цю частину біосфери пропонується назвати литобіосферой.

Шар розрідженого життя під педосферою, створеною грунтовою синузією фітосфери можна назвати хипотеррабіосферой.

Життя в глибинних шарах літосфери (глибше за 1 км, нижче кисневої межі), особливо в її водах, можна позначити терміном теллуробіосфера.

Розділ між хипотеррабіосферой і теллуробіосферой лежить на кисневій межі, нижче якої підземні води не містять вільного кисню. Ця межа розташована на глибині декількох сотень, максимум до тисячі метрів від поверхні Землі. Існує немало видів, особливо тварин, що мешкають тільки в підземних водах. Вони населяють печерні водойми і води пластів. Частина цих організмів проникли в печери і там пристосувалися до нових умов існування або живуть як під землею, так і в поверхневих водах. Інша частина, як вважається, є осколками древніх біот, що збереглися тільки в підземних водах і зниклих на поверхні планети. У житті підземних істот немає ніяких ритмів. Вони ростуть, розмножуються, бувають активні цілорічно. Літобіосфера дійсно особливий світ життя. Життя може існувати, хоч би теоретично, і глибше. У гідротермах дна океану на глибинах в 3 км і тиску близько 300 атмосфер було виявлено організми, що живуть при 250° С. Перегріта рідка вода виявлена в літосфері до глибини 10,5 км, так що теоретично там можуть існувати і організми. Глибше 25 км, за оцінками, повинна існувати критична температура в 460° З, при якій при будь-якому тиску вода перетворюється на пару, і життя неможливе. Глибше розташований шар літосфери без ознак сучасного активного життя - метабіосфера. Тут він вже представлений в "чистому вигляді". Нижче гранітного шару немає ні сучасного, ні геологічно минулої дії життя або воно без остачі стерте глибинними процесами. Тут розташована абіосфера планети як космічного тіла.



Рисунок 1.4 - Будова біосфери

Просуваючись вгору від поверхні Землі, як це було тільки що виконано при русі в її глибини, виявляємо дуже розріджене життя аеробіосфери, де в нижньому шарі тропобіосферы вона представлена не лише мікроорганізмами і вірусами, що головним чином живуть в крапельках атмосферної вологи, але досить численними представниками тваринного і рослинного світів, що піднімаються з поверхні землі і рослинного покриву. При цьому ту частину атмосфери, що густо заповнена такими, що літають і ширяючими, слідує, мабуть, відносити до екотону між террабіосферою і гідробіосферою, а вищерозміщені шари, куди залітають лише окремі представники наземного життя (птахи, комахи). до власне тропобіосфери.

Над останньою поза шаром плюсових температур лежить відносно тонкий шар альтобиосферы (лат. altus - високий). Він приблизно відповідає еоловій зоні на суші. Над альтобіосферою розташований шар випадкового занесення організмів і їх спор, як і в гипобіосфері земної тверді, не здатних до активного метаболізму, але не із-за високої температури і тиску, а, навпаки, із-за низької температури, малого атмосферного тиску і дії космічного випромінювання. Дж. Хатчисон назвав цей шар парабіосферою.

Вище шари атмосфери позбавлені життя. Функціональне складання аеробіосфери недостатньо ясне. Немає упевненості в тому, що в ній формуються екосистеми у власному сенсі слова, що мають самостійний кругообіг речовин. Можливо, такого кругообігу немає, речовина в атмосфері транзитно переміщається, піднімаючись від поверхні Землі і на неї ж опускаючись або вилітаючи за межі тяжіння нашого космічного тіла. Проте якась організація в цих процесах існує, вони якось пов'язані і з біогенним транзитом речовин з суші в океан і назад. Це питання, мабуть, поки абсолютно не вивчене.

Гідробіосфера набагато краще вивчена і явно розпадається на два системних розділа - океанічних і континентальних водойм - океанобіосферу і аквабіосферу. Обидва розділи мають складну структуру. Проте з точки зору вчення про біосферу і існуючих потоків енергії в цьому розділі логічно виділити освітлену частину - фотосферу, шар слабкого освітлення - дисфотосферу і афотосферу, позбавлену світла. Фітосфера з її функціональною частиною - педосферою, одержуюча максимум енергії від Сонця, аналогово відповідає фотосфері гідробіосфери (і, як сказано вище, разом з нею складають біофільм), хіпотеррабіосфера забезпечує біогенними речовинами аналогічно дисфотосфері океану в основному з выщерозташованного шару життя, а теллуробіосфера і афотосфера вод - аналогово-генетично дуже близькі утворення, до того ж, ймовірно, і схожого геологічного віку (навряд чи глибинні води були позбавлені життя на зорі її розвитку.)

Мабуть, під дном океану, в його базальтах життя відсутне. Отже, можна припустити, що максимальні глибини прояву життя на суші обмежені, по В. І. Вернадському, ізотермою 100° З (за сучасними даними, можливо, більш високою температурою). По глибині, згідно з новітніми відомостями, отриманими при бурінні Кольської надглибокої свердловини, це приблизно 5 - 6 км. В межах океану поширення життя спостерігається до його найбільших глибин - близько 11 км.

Вгору від поверхні Землі життя з активним обміном речовин йде від ізотерми 0° З або трохи нижчої температури переважний до 6 км по вертикалі. Таким чином, власне біосфера,- шар активного життя, займає на суші товщину максимум в 12 км, а в межах океану 17 км по вертикалі.

Сфера випадкового попадання живих організмів і осадових біогенних порід - мегабіосфера - охоплює товщу близько 50 км, причому навряд чи живі організми тут не гинуть. Острівці біосфери, що створюється людиною в космічних кораблях, запропонували називати артебіосферою. Як вже згадано, літобіосферу і аеробіосферу у рамках вчення про біосферу доки можна вважати майже terra incognita. Широкомасштабного дослідження життя в цих сферах практично не проводилося. Це дуже прикре упущення, оскільки антропогенне забруднення атмосфери і підземного простору, безумовне, вже змінило стан життя в цих сферах.

Внутрішня структура життя в літо- і аеробіосфері при її розрідженості може здатися несуттєвою. Навряд чи це вірно. Життя в атмосфері, ймовірно, тісно пов'язане з наземним, зокрема, з поширенням деяких бактерійних і вірусних хвороб. У земних глибинах, куди проникають стоки з поверхні землі. Також повинні відбуватися явища, що не можуть не впливати на наземне життя, оскільки води річок і частково озер народжуються в надрах планети. Наскільки активний обмін водами між поверхнею суші і її надрами, поки не занадто ясно. Тут є широке поле для майбутньої діяльності біологів і екологів і очевидне зосередження потенційних проблем.

Очевидно, біосфера природно розчленована на меробиосферы: геобиосферу, гідробіосферу і аеробіосферу. Перші дві меросфери мають підрозділи відповідно до основних средообразующих чинників: террабіосфера і літобиосфера - в межах геобіосферы, океанобіосфера (маринобіосфера) і аквабіосфера - у складі гідробіосфери. Усе три меробиосферы розпадаються на шари: аеробіосфера - на тропобіосферу і альтобіосферу, гідробіосфера - на фотосферу, дисфотосферу і афотосферу і т. д. Структуротворні чинники тут, окрім фізичної фази середовища, - енергетика (світло і тепло), а також особливі умови формування і еволюції життя - еволюційні напрями біоти на сушу, в її глибини, безодні океану і в простори над землею, безумовно, різні. [4]

Рисунок 1.5 - Ієрархія екосистем

2. Екосистеми

2.1 Поняття екосистеми

Екосистема (біогеоценоз) -- основна одиниця біосфери. Об'єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін увів англійський біолог А.Тенслі у 1935 році. Екосистема -- це просторова система, що охоплює історично сформований комплекс живих, істот, пов'язаних між собою трофічними зв'язками та неживих компонентів середовища їх існування, які залучаються в процесі обміну речовин та енергії. В кожній екосистемі відбувається кругообіг речовин та обмінні енергетичні процеси.

Кожна екосистема складається з біоценозу та біотопу. Біотоп -- це ділянка поверхні землі з більш -- менш однотипними умовами існування (ґрунтом, мікрокліматом тощо).

Біоценоз -- це історично сформована сукупність рослин, тварин та мікроорганізмів, що населяє біотоп. Відповідно до цього кожний біоценоз складається з фітоценозу (угрупування рослин), зооценозу (угрупування тварин) та мікробіоценозу (угрупування мікроорганізмів).

Екосистема може бути різних розмірів і складності. Наприклад, можна говорити про екосистему лісу в цілому і про екосистему окремого пня. Взаємодія організмів в екосистемі надзвичайно складна. Взаємодія біоценозів з біотопами відбувається через речовинно-енергетичний обмін. Для кожної екосистеми характерний свій біологічний кругообіг речовин, який здійснюється внаслідок існування в екосистемах трофічних ланцюгів (ланцюгів живлення).

Наприклад, у водоймах фітопланктон поїдається зоопланктоном, останній -- дрібною рибою, що є здобиччю великих риб -- хижаків, які в свою чергу споживаються людиною.

Мова йде про певні угруповання рослин, тварин і мікроорганізмів, які взаємодіють один з одним і з навколишнім середовищем.

Дуже великі наземні екосистеми називають біомами. Наприклад, ліси помірного поясу, пустині, хвойні ліси, савани тощо. Кожний біом включає в себе цілий ряд менших за розмірами взаємозв'язаних одна з одною екосистем. Одна з них може бути великою -- площею декілька мільйонів квадратних кілометрів, можуть представляти собою невелику галявину. Важливо те, що кожну екосистему можна визначити як більш-менш своєрідне угруповання рослин і тварин, які взаємодіють одне з одним і з довкіллям.

біосфера вернадський екосистема забруднення атмосфера

2.2 Структура екосистем

Щоб вияснити цілісність біосфери, необхідно вияснити, як вона функціонує. Оскільки, вона складається з безлічі екосистем, необхідно знати їх структури. В кожній екосистемі два основних компоненти: організми, з однієї сторони, і фактори неживої природи -- з іншої. Всю таку сукупність організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів) називають біотою (від лат. bio -- життя) екосистеми. Шляхи взаємодії різних категорій організмів -- це її біотична структура; неживі (хімічні і фізичні) фактори навколишнього середовища називають абіотичними.

Не дивлячись на велику різноманітність екосистем -- від пустинь до тундри, всім їм, на думку екологів, властива приблизно однакова біотична структура. Іншими словами всі вони включають одні і ті ж категорії організмів, які подібно взаємодіють у всіх екосистемах. Це категорії наступні: продуценти, консументи, редуценти. Про їх роль у біосфері ми говорили у попередньому розділі.

Іншу складову екосистем ми детально розглянули вивчаючи структуру природного середовища (абіотичне середовище від грецьк. а -- не, bio -- живий-нежива), яке. оточує організми. Одна з причин, що впливає різноманітність екосистем (біоценозів) у природі -- це своєрідність абіотичних умов кожного регіону.

Таким чином, не дивлячись на різноманітність екосистем, всі вони володіють певною подібністю. В кожній із них можна виділити фотосинтезуючі рослини -- продуценти, різні типи консументів і редуцентів.

Важливим елементом біотичної структури екосистем є своєрідність ланцюгів живлення в кожній з них.[5]

2.3 Біоми Землі

Наземні біоми

Тундра. Біом холодного вологого клімату, який характеризується негативними середньорічними температурами, кількістю опадів близько 200-300 мм в рік і, найчастіше, наявністю шару вічної мерзлоти. Виділяють арктичну, розташовану у високих широтах, і альпійську, розташовану у високогір'ях. Рослинність - низькорослі багаторічники: лишайники, мохи, трави і кущі.

Тайга. Лісовий біом холодного клімату з довгою багатосніжною зимою і кількістю опадів, що перевищує випар. Основні лесообразующие породи - хвойні, видова різноманітність дерев невелика (1-2 домінуючі види).

Листопадний ліс. Ліс помірного пояса. Розвивається в регіонах з помірно теплим літом і відносно м'якою зимою з морозами. Характерний рівномірний розподіл опадів, відсутність посух, перевищення опадів над випаром. Восени у міру скорочення довжини світлового дня відбувається листопад. Листопадні ліси відносно багаті видами, характеризуються складною вертикальною структурою (наявністю декількох ярусів).

Степ. Територія трав'янистої рослинності в напівпосушливій зоні помірного клімату. Найчисленніші трави - злаки і осоки, багато хто з яких утворює щільну дерновину. Потенційний випар перевищує кількість опадів. Характерні багаті органічною речовиною ґрунти - степові чорноземи. Синоніми - прерія, пампа, вельд.

Саванна. Тропічні злаково-деревні співтовариства, що розвиваються в областях із стійким чергуванням сухого і вологого сезонів. Окремі дерева або масиви кущів розкидані між відкритими трав'янистими ділянками.

Пустеля. Досить різноманітна група біомів, розташована в областях з украй посушливим кліматом або, у разі арктичної або альпійської пустелі, украй низьких температур. Відомі піщані, кам'янисті, глинисті, солончакові і інші пустелі. Типово або середньорічна кількість опадів менше 25 мм, або умови, що забезпечують дуже швидкий випар вологи.

Чапараль. Твердолисті зарості кущів в середземноморському кліматі з м'якою дощовитою зимою і посушливим літом. Характеризується значним накопиченням сухої деревини, що призводить до періодичних пожеж.

Сезонний тропічний ліс. Поширений в областях з жарким кліматом і великою кількістю опадів, в яких опади розподілені впродовж року нерівномірно, з наявністю сухого сезону. Надзвичайно багатий видами.

Вічнозелений дощовий ліс. Найбагатіший біом, розташований в регіонах з великою кількістю опадів (>2000) і майже постійною температурою (близько 26°C). У цих лісах зосереджені 4/5 усіх видів рослин Землі, переважає деревна рослинність.

Прісноводі біоми:

Лентичні (стоячі) води. Калюжі, стариці, природні і штучні ставки, озера і водосховища. Умови життя визначаються в першу чергу глибиною (і освітленістю) і кількістю біогенів. Обмін біогенами і газами між поверхнею і глибиною часто ускладнений.

Лотичні (текучі) води. Струмки, потоки і річки. Умови дуже залежать від швидкості течії. Здатні переміщати значні кількості води і інших неорганічних і органічних речовин, тісно пов'язані з навколишніми наземними системами.

Болота. Водойми з великою кількістю органіки, руйнування якої сповільнюється із-за недоліку у воді кисню; в основному характерні для помірного і помірно холодного клімату.

Морські біоми

Пелагіаль. Відкритий океан і морські глибини далеко від узбереж. Продуценти (в першу чергу, фітопланктон) зосереджені у відносно тонкому приповерхневому шарі води, куди проникає світло. Характерне безперервне опускання біогенів від поверхні в глибину.

Континентальний шельф. Прибережна зона морів і океанів, що доходить приблизно до глибини 200 м. Багаті видами і різноманітні морські співтовариства. Найрізноманітніші водні екосистеми характерні для коралових рифів, що також відносяться до континентального шельфу. "Гарячі плями" біорізноманітності характерні і для великих глибин - наприклад, для місць виходу в морську воду вулканічних газів ("чорні курці" і інші феномени).

Зони апвелінга. Відносно невеликі по площі зони океану, де відбувається підйом на поверхню глибинних вод, збагачених біогенами. Роблять винятковий вплив на продуктивність усього океану в цілому.

Естуарії. Зони змішення річкових і морських вод, що утворюються в морях навпроти гирл великих річок. Характеризуються значною кількістю органіки, яку виносять в морі річки, і постійними коливаннями солоності.[6]



Рисунок 2.1 - Види біомів

3. Проблеми біосфери

Проблеми біосфери пов'язані з нинішнім станом довкілля,втім, як і усі інші екологічні проблеми. Стан довкілля все більше змінюється в гіршу сторону, що спричиняє за собою збільшення в об'ємі вже існуючих проблем і виникнення нових, до рішення яких людство ще не готове, оскільки ще не розроблені шляхи рішення старих проблем, а з'являються усі нові (у геометричній прогресії, як і усе інше останнім часом). До біосфери відноситься усе, що живе, дихає, росте і живиться . Тому розглянемо проблеми, що відносяться безпосередньо до світу дикої природи.

Ресурси дикої природи дають людині всілякі економічні вигоди, вони служать джерелами їжі, палива, паперу, тканини, шкіри, ліків і усього іншого, що використовує людина у своїй діяльності. Крім того, багато дикого вигляду мають ще і естетичну цінність і створюють умови для відпочинку. Проте їх найбільшим вкладом є підтримка "здоров'я" і цілісності екосистем світу.

Багато людей вважають, що природу необхідно охороняти тільки із-за її реальної або потенційної користі для людей, - цей підхід називають антропоцентричним (з "людиною в центрі") поглядом на світ. Деякі люди дотримуються біоцентричного світогляду і переконані, що негідно людини прискорювати зникнення яких-небудь видів, оскільки людина не важливіша, ніж інші види на землі. Інші дотримуються екоцентричного (центр-екосистема) погляду і вважають, що виправдані тільки ті дії, які спрямовані на підтримку систем життєзабезпечення землі.

Величезна проблема нині - це боротьба із забрудненням довкілля. З катастрофічною швидкістю величезні маси шкідливих для природи речовин забруднюють біосферу. Важливе завдання усього людства вжити необхідні заходи по стримуванню цього процесу.

3.1 Забруднення атмосфери

Які ж факти призводять до погіршення стану однієї з найважливіших складових біосфери - атмосфери. Людина забруднює атмосферу вже тисячоліттями, проте наслідки вживання вогню, яким він користувався увесь цей період, були незначні. Доводилося миритися з тим, що дим заважав диханню і що сажа лягала чорним покривом на стелі і стінах житла. Отримуване тепло було для людини важливіше, ніж чисте повітря і незавершені стіни печери. Це початкове забруднення повітря не представляло проблеми, бо люди мешкали тоді невеликими групами, займаючи невимірно велике незаймане природне середовище. І навіть значне зосередження людей на порівняно невеликій території, як це було в класичній старовині, не супроводжувалося ще серйозними наслідками.

Так було аж до початку дев'ятнадцятого століття. Лише за останні сто років розвиток промисловості "обдарував" нас такими виробничими процесами, наслідки яких спочатку чоловік ще не міг собі уявити. Виникли міста-мільйонери, ріст яких зупинити не можна. Усе це результат великих винаходів і завоювань людини.

В основному існують три основні джерела забруднення атмосфери : промисловість, побутові котельні, транспорт. Доля кожного з цих джерел в загальному забрудненні повітря сильно розрізняється залежно від місця.

Зараз загальновизнано, що найсильніше забруднює повітря промислове виробництво. Джерела забруднень - теплоелектростанції, які разом з димом викидають в повітря сірчистий і вуглекислий газ; металургійні підприємства, особливо кольоровій металургії, які викидають в повітря оксиди азоту, сірководень, хлор, фтор, аміак, з'єднання фосфору, частки і з'єднання ртуті і миш'яку; хімічні і цементні заводи. Шкідливі гази потрапляють в повітря в результаті спалювання палива для потреб промисловості, опалювання жител, роботи транспорту, спалювання і переробки побутових і промислових відходів.

Атмосферні забрудники розділяють на первинні, такі, що поступають безпосередньо в атмосферу, і вторинні. Так, сірчистий газ, що поступає в атмосферу, окислюється до сірчаного ангідриду, який взаємодіє з парами води і утворює крапельки сірчаної кислоти. При взаємодії сірчаного ангідриду з аміаком утворюються кристали сульфату амонія.

Так само, в результаті хімічних, фотохімічних, фізико-хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і компонентами атмосфери, утворюються інші вторинні ознаки. Основним джерелом пірогенного забруднення на планеті є теплові електростанції, металургійні і хімічні підприємства, котельні установки, споживаючі більше 70% твердого і рідкого палива, що щорічно добувається.

Рисунок 3.1- Забруднення атмосфери

3.2 Забруднення ґрунту

Ґрунтовий покрив Землі є найважливішим компонентом біосфери Землі. Саме ґрунтова оболонка визначає багато процесів, що відбуваються у біосфері.

Найважливіше значення ґрунтів полягає в акумуляції органічної речовини, різних хімічних елементів, а також енергії. Ґрунтовий покрив виконує функції біологічного поглинача, руйнівника і нейтралізатора різних забруднень. Якщо ця ланка біосфери буде зруйнована, то функціонування біосфери, що склалося, безповоротно порушиться. Саме тому надзвичайно важливе вивчення глобального біохімічного значення ґрунтового покриву, його сучасного стану і зміни під впливом антропогенної діяльності. Одним з видів антропогенної дії є забруднення пестицидами.

Пестициди як забруднюючий чинник. Відкриття пестицидів - хімічних засобів захисту рослин і тварин від різних шкідників і хвороб - одне з найважливіших досягнень сучасної науки. Сьогодні у світі на 1 га. наноситься 300 кг хімічних засобів.

Проте в результаті тривалого застосування пестицидів в сільському господарстві, медицині (боротьба з переносниками хвороб) майже всюди відрізняється зниження з ефективності внаслідок розвитку резистентних рас шкідників і поширенню "нових" шкідливих організмів, природні вороги і конкуренти яких були знищені пестицидами. В той же час дія пестицидів стала проявлятися в глобальних масштабах. З величезної кількості комах шкідливими є лише 0,3% або 5 тис. видів. У 250-ти видів виявлена резистентність до пестицидів. Це посилюється явищем перехресної резистенції, що полягає в тому, що підвищена стійкість до дії одного препарату супроводжується стійкістю до з'єднань інших класів.

Надмірне застосування пестицидів (гербіцидів, інсектицидів, дефоліантів) негативно впливає на якість ґрунту. У зв'язку з цим посилено вивчається доля пестицидів в ґрунтах і можливості і можливості їх знешкоджувати хімічними і біологічними способами. Дуже важливо створювати і застосовувати тільки препарати з невеликою тривалістю життя, вимірюваного тижнями або місяцями. У цій справі вже досягнуті певні успіхи і впроваджуються препарати з великою швидкістю деструкції, проте проблема в цілому ще не розв'язана.[7]



Рисунок 3.2- Рух пестицидів у біосфері. Значна частина пестицидів не досягає оброблюваної території, зноситься і осідає у більш менш видалених екосистемах.(по Rudd.1971)

Висновки

Одне з найважливіших нинішніх завдань людства - охорона природи, проблема, що стала соціальною. Знову і знову ми чуємо про небезпеку, загрожуюче довкілля, але і досі багато хто з нас вважає їх неприємним, але неминучим породженням цивілізації і вважають, що ми ще встигнемо впоратися з усіма утрудненнями, що виявилися.

Проте дія людини на довкілля прийняла загрозливі масштаби. Щоб в корені поліпшити положення, знадобляться цілеспрямовані і продумані дії. Відповідальна і дієва політика по відношенню до довкілля буде можлива лише у тому випадку, якщо ми накопимо надійні дані про сучасний стан середовища, обґрунтовані знання про взаємодію важливих екологічних чинників, якщо розробить нові методи зменшення і запобігання шкоді, що наноситься Природі Людиною.

Перелік посилань

1. Биологический энциклопедический словарь/Гл. ред. М.С. Гиляров. - 2- изда.,исправл. - М.:Сов Энциклопедия,1986.- 237с.

2. Коробкин В.И., Предельский Л.В. Экология. - Ростов н/Д: Феникс, 2001.- 576с.

3. Одум Ю. Экология/Пер. с англ.Т.2.- М.:Мир, 1986.- 376с.

4. Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, гипотезы). - М.:Россия молодая, 1994.- 267с.

5. Чернова Н.М. Общая экология. - М.:Дрофа, 2004.- 416с.

6. Лекторий - библиотека: «Экология: биология взаимодействий. 3.04. Классификация биомов»

7. http://batrachos.com/node/301

8. Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. - М.: Высш.шк.-1998.-287с.

Размещено на Allbest.ru