Проблема загрязнения атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Биосфера

1.1 Понятие о геосферах

1.2 Структура биосферы

2. Живое и неживое вещество

2.1 Живое вещество

3. Процессы и явления происходящие в живой и неживой природе

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Возраст планеты Земля составляет около 4.5 млрд. лет. Срок огромный по меркам возраста человека. А всегда ли Земля была такой, какой мы её представляем сегодня? Конечно же нет. На планете никогда не затухали геологические процессы, изменяющие лик планеты. Причём ранее считалось, что эти процессы, преобразующие нашу Землю, следует рассматривать как чисто физические, химические, или физико-химические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т. п.)

В 20-х годах 20-го века наш соотечественник В.Н. Вернадский впервые доказал, что это не так, создав учение о геологической роли живых организмов, показал, что деятельность живых существ является главным фактором преобразования земной коры. Это учение названо учение о биосфере. Его рассмотрению и посвящена настоящая лекция.

1. Биосфера

1.1 Понятие о геосферах

Биосфера -- живая оболочка планеты Земля

Биосфера представляет собой совокупность тех слоёв Земли, которые на протяжении её геологической истории подвергались воздействию организмов. Изучая биосферу как особую оболочку земного шара, необходимо предварительно ознакомиться со строением Земли. Это даёт возможность глубже понять, в каких условиях формировалась жизнь, что её защищает, а что представляет угрозу её существованию.

При описании земли выделяют так называемые геосферы - концентрические оболочки различной плотности и химического состава (таблица 1)

Таблица 1 - Основные характеристики геосфер Земли

Особое положение занимает магнитосфера, или магнитное поле Земли. Посчитано, что каждую секунду через площадь в 1м² на верхней границе атмосферы из Космоса в направлении Земной поверхности влетает более 10000 заряженных частиц со скоростями, близкими к световой. Характеризуясь огромной энергией, космическое излучение способно за относительно короткий срок разложить на ионы и электроны весь воздух атмосферы, а следовательно уничтожить жизнь на планете. Однако этого, к счастью, не происходит, т. к. Земля представляет собой своеобразный магнит, его силовые линии окружают земной шар, образуя магнитосферу, которая и защищает живые организмы от солнечного ветра. Итак, магнитное поле есть важнейший защитник жизни на Земле, без которого она не смогла бы зародиться в прошлом, и не смогла бы сохраниться в настоящем.

Атмосфера

Атмосфера - газовая оболочка Земли, которая удерживается планетой по средствам силы тяжести и принимает участие в её суточном и годовом вращении. Она состоит из смеси различных газов, водяных паров и пыли.

Гидросфера

Гидросфера - прерывистая водная оболочка земли, располагающаяся между атмосферой и земной корой. Она включается в себя совокупность всех вод планеты: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных океанических).Гидросфера является колыбелью жизни на нашей планете. Она играет огромную роль в формировании природной среды земли.

Земная кора

Земная кора - твёрдая внешняя оболочка толщиной до 70 км в горных областях, около 30 км равнинами, 5-7 км под океанами.

Под земной корой располагается мантия (толщиной около 2900 км). Занимает по объёму 83% Земли, без учёта атмосферы и 67 % по массе.

Мантия состоит из тяжёлых минералов, богатых магнием и железом.

Земная кора и верхняя (твёрдая) часть мантии Земли составляют литосферу.

Литосфера

Литосфера - верхняя твёрдая оболочка Земли, ограниченная сверху атмосферой и гидросферой, а снизу -- астеносферой (слоем пониженной твёрдости, прочности и вязкости, расположенным в верхней части мантии Земли). Мощность литосферы колеблется в пределах 50 -- 200 км. Процесс преобразования литосферы живыми организмами, начавшийся около 450 млн. лет назад, привёл к образованию почвы, толщина слоя которой достигает 2-3 м.

Ядро земли

Ядро земли - её наиболее плотная центральная часть. Плотность до 17200 кг/м³ (в два с лишним раза больше чем у железа), давление 140 -- 350 Гпа (1.4 -- 3.5 млн. атм.), температура 2000 -- 5000 ⁰С.

1.2 Структура биосферы

Возникшая 3,5 -- 4,0 млрд. лет назад, современная биосфера включает живые организмы (около 3 млн. видов), их остатки, зоны атмосферы, гидросферы и литосферы, населенные и видоизменённые этими организмами.

Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал "живым веществом", рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию. В состав биосферы кроме живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов) входят биогенное вещество (продукты жизнедеятельность живых организмов - каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество (продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами - почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества) и, наконец, косное вещество - совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых, как считается, живые организмы не участвуют (горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

Следовательно, биосфера - это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную, глобальную экосистему, поддерживающую планетарный круговорот веществ.

Современная жизнь распространена (рис. 1) в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и водной оболочке Земли (гидросфере).

I -- пределы жизни в биосфере, II -- схематический разрез почвы: А₀ -- лесная подстилка, А₁ -- гумусовый горизонт,А_{2 --} горизонт вымывания (подзолистый), В -- горизонт вымывания (иллювиальный), С -- подстилающая порода.

Рисунок 1 - Строение биосферы

В глубь земли организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает, прежде всего, температура горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5 -15 км превышает 100 ⁰С. Наибольшая глубина, на которой в породах земной коры были обнаружены живые бактерии, составляет 4 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2 -- 2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В океане жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанских впадин в 10 - 11 км от поверхности. Верхняя граница жизни в атмосфере определяется уровнем УФ - радиации. На высоте 25 - 30 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь относительно тонкий слой озона - озоновый экран. Если живые организмы поднимаются выше защитного слоя озона, они погибают. Атмосфера над поверхностью Земли насыщена многообразными живыми организмами, которые передвигаются в воздухе активным или пассивным способом. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20 - 22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое 1 - 1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни - около 6 км над уровнем моря.

Концентрация и активность жизни особенно велики у поверхности земли. Водоёмы заселены по всей толщине со сгущениями у поверхности и у дна. На суше более 99% живого вещества, или биомассы, сосредоточено в слое на несколько метров в глубь и вверх от поверхности (высокие деревья). Следовательно, жизнь сосредоточена в тончайшей плёнке планеты, где и протекают главные процессы взаимодействия живой и не живой (косной) природы. Этот тонкий деятельный слой нередко называют биогеосферой, биогеоценотическим покровом, ландшафтной оболочкой. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В.И. Вернадский назвал "пленками жизни".

Крайние пределы температур, которые выносят некоторые формы жизни (в латентном состоянии), - от практически абсолютного нуля, до 180 ⁰С. Давление, при котором существует жизнь, - от малых долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на глубинах. Для ряда бактерий верхние критические точки лежат в области 12 тыс. атм. Споры бактерий, конидий и мелиций некоторых грибов не теряют жизнеспособности в условиях высокого вакуума, достигающего 10^-13 - 10^-11 мм. рт. ст. (вакуум космического пространства составляет 10^-16 мм. рт. ст.). Бактерии обнаружены в водах атомных реакторов, некоторые из них выдерживают облучение порядка 2 - 3 млн. рад. При температурах жидкого воздуха (-192 ⁰С), гелия (-259,1 ⁰С) ряд бактерий остаются живыми.

На основании приведённых данных можно сделать важный вывод: выносливость жизни в целом к отдельным факторам среды шире диапазонов тех условий, которые существуют в границах современной биосферы. Следовательно, жизнь обладает значительным "запасом прочности", устойчивости к воздействию среды и потенциальной способности с ещё большему распространению.

2. Живое и неживое вещество

2.1 Живое вещество

В предыдущем вопросе мы выяснили, что по Вернадскому Живое вещество есть совокупность живых организмов (растения, животные, микроорганизмы).

Основными характеристиками живого вещества являются:

- суммарная масса;

- химический состав;

- энергия.

Химический состав живого вещества и его масса

Оказывается, что по своему химическому составу живое вещество ближе всего к химическому составу гидросферы по абсолютному преобладанию в нём атомов водорода и кислорода. Но в отличие от гидросферы в организмах относительно велика доля углерода, кальция и азота (таблица 2).

Таблица 2 - Средний химический состав живого вещества

Из таблицы 2 видно, что живое вещество в основном состоит из элементов, являющихся водными и воздушными мигрантами, т. е. образующих газообразные и растворимые соединения. Заслуживает внимания то обстоятельство, что 99,9 % массы живых организмов приходится на те элементы, которые преобладают в земной коре, составляя в них 98,8 % хотя и в других соотношениях.

Вывод: таким образом, жизнь есть химическое производное земной коры. В организмах обнаружены почти все элементы таблицы Д.И. Менделеева, т. е. они характеризуются теми же химическими особенностями, что и не живая природа.

Энергия живого вещества

Главной отличительной особенностью живого вещества в целом является способ использования энергии. Живые существа -- уникальные природные объекты, могущие улавливать энергию, которая приходит из Космоса преимущественно в виде солнечного света, удерживать её в виде сложных органических соединений (биомассы), передавать друг другу, трансформировать в механическую, электрическую, тепловую и другие виды энергии.

Другая особенность живых организмов состоит в их уникальной способности к самовоспроизведению, т. е. к производству на протяжении многих поколений форм, практически идентичных по структуре и функционированию.

Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров, со своими индивидуальными признаками.

К Земле приходит коротковолновое излучение (свет), а уходит от неё длинноволновое тепловое излучение. При этом баланс этих энергий не соблюдается: планета излучает в космос несколько меньше энергии, нежели получает от Солнца. Эту разницу (доли процентов) и усваивает биосфера, постепенно, постоянно накапливая энергию. Её оказалось достаточно и для того, что бы однажды на планете появилась жизнь, возникла биосфера, и для того, что бы и ныне поддерживалось развитие живого вещества планеты.

Объём биомассы, произведённой на земле за последние 600 млн лет, мог бы образовывать слой толщиной в сотни километров.

По мнению Вернадского, биосфера уже длительное время является главной силой, предающей современный облик трём оболочкам Земли: литосфера, гидросфера и атмосфера.

2.2 Неживое вещество

биосфера атмосфера живой вещество

К неживому веществу планеты относят:

- биогенное вещество -- продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, битум, нефть);

- биокосное вещество -- продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почва, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на земле живого вещества);

- косное вещество -- в образовании его живые организмы не участвуют (горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

Неживое вещество, в отличии от живого не способно к столь сложным преобразованиям энергии, они преимущественно рассеивают энергию: камень нагревается под действием солнечной энергии, но не может при этом ни сдвинуться с места, ни увеличить свою массу.

Таким образом, только живое вещество трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот. Живое вещество определило современный состав атмосферы, гидросферы, почв и, в значительной степени, осадочных пород Земли. В.И. Вернадский писал: "Прекращение жизни было бы неизбежно связано с прекращением химических изменение, если не всей земной коры, то, во всяком случае, с её поверхности -- лика Земли, биосферы".

3. Процессы и явления, происходящие в живой и не живой природе

Более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, составляет энергия Солнца. Эта энергия растрачивается в громадном большинстве физических и химических процессов в гидросфере, атмосфере и литосфере: перемешивании воздушных и водных масс, выветривание, испарении, перераспределении веществ, растворении минералов, поглощении и выделении газов и т. п.

На земле существует одни единственный процесс, при котором энергия солнечного излучения не только тратиться и перераспределяется, но и связывается, запасается, консервируется на очень длительное время. Этот процесс -- создание органического вещества в ходе фотосинтеза. Сжигая в топках каменный уголь, мы освобождаем и используем солнечную энергию, запасённую растительностью сотни миллионов лет назад.

Отсюда следует вывод, что основная планетарная функция живого вещества на Земле заключается в связывании и запасании солнечной энергии. Которая затем расходуется на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере.

Таким образом основные функции биосферы Земли можно сформулировать следующим образом:

1 Связывании диоксида углерода, выделяемого живыми организмами и образующегося в ходе различных превращений в неживой природе (например, сжигании топлива), и выделение кислорода в ходе фотосинтеза наземными и водными растениями. Так, зелёная масса насаждений на площади 1 га производит 70 т кислорода за вегетативный период.

В результате процесса фотосинтеза образуются углеводы, которые являются исходным материалом для формирования растений.

Таким образом, фотосинтез является первичным источником всей биомассы планеты, в том числе органических ископаемых

2 Аккумуляция и трансформирование солнечной энергии.

3 Наземная и водная растительность планеты аккумулирует в течение 1 года 3*10²¹ калорий энергии Солнца. Это примерно в 100 раз больше вырабатываемой во всем мире энергии. При этом связывается 35 млрд тонн углерода, фиксируется, т. е. превращается в усвояемое состояние 44 млрд тонн азота; выделяется несколько десятков млрд тонн кислорода и производится другая химическая работа, обусловливающая современное состояние природы Земли. По данным профессора Лаптева И.П. (1975 г.), общая биомасса в биосфере составляет 3*10¹² - 3*10¹³ тонн. Ежегодно производится около 1,64*10¹¹ тонн сухого органического вещества.

4 Обеспечивание веществами и энергией животных и человека. Трава, деревья, водоросли и другие формы растительной жизни продуцируют пищу из воды и диоксида углерода, содержащегося в тропосфере. Биосфера всегда была и остаётся жизненной средой обитания человека. Её основные компоненты -- климат, почвы, вода, минеральные вещества, растительный покров, животные -- стали теми ресурсами, которые он использует для своей жизнедеятельности.

5 Перевод в простые химические вещества огромной (около 10% биомассы) массы непрерывно образующихся трупов организмов и их выделений. Диоксид углерода и вода -- основные продукты происходящего процесса вновь вовлекаются в фотосинтез.

6 Образование и восстановление почв.

7 Очищение атмосферы и воды от загрязнений.

8 Перемещение по планете (суша, моря, реки) огромных масс разнообразных химических элементов и веществ.

9 Участие в образовании горных пород (известняк, мел и т. д.), а так же органических ископаемых (каменный уголь, нефть и т. д.).

Биосфера с термодинамической точки зрения может рассматриваться как открытая система, в которой имеет место возрастание энтропии за счёт процессов, протекающих внутри системы. С точки зрения теории эволюции органического мира, она постоянно обменивается веществом, энергией и информацией по внешним связям. Биосфера как глобальная экосистема имеет способность к самоорганизации. Как показал И.Р. Пригожин. В биосфере совмещается действие второго закона термодинамики и способность открытых систем к самоорганизации. Концепция устойчивости биосферы хорошо отражается в его удачном афоризме "Порядок из хаоса"

Заключение

Учение о биосфере создал русский ученый В.Н.Вернадский. по сравнению с диаметром Земли (13 тыс.км.) биосфера тонкая пленка, подобная кожице на большом яблоке, однако за 4 млрд. лет существования на планете Земля живые организмы биосферы вызвали огромные преобразования. В атмосфере появился кислород, раковины моллюсков и фораминифер образовали осадочные горные породы. Под влиянием жизнедеятельности организмов в биосфере постоянно происходит круговорот воды, кислорода, углерода и др. веществ.

Если грубое вмешательство человека в биосферу не прекратится - нарушится сложившееся равновесие в биосфере, последствия будут катастрофическими для всей нашей планеты.

Литература, использованная автором

1. Антонов, В.А. Экология. Военная экология [Текст]: учебник/ В.А. Антонов (и др.); под общей редакцией В.И. Исахова. - издание 2, переработано и дополнено - М. - Смоленск: ИД Камертон-Маджента, 2006. -724с.

2. Гутенев, В.В. Промышленная экология [Текст]: учебное пособие/В.В. Гутенев (и др.);под редакцией В.В. Денисова. -М.:ИКЦ "МарТ", 2007. -720с.

Размещено на Allbest.ru