Функции живого вещества в биосфере 1. Энергетическая

Вопросы для рассмотрения
 Роль живого вещества в
биосфере
Биогеохимические циклы
Биосфера
– оболочка Земли, состав,
структура и энергетика которой
обусловлены прошлой и
современной деятельностью
живых организмов
В.И. Вернадский
Функции живого вещества в биосфере
1. Энергетическая
Осуществляется преимущественно зелеными
растениями, которые аккумулируют энергию
солнца и преобразовывают ее в энергию
химических связей разнообразных
органических соединений.
Ежегодно растения аккумулируют до 1019 ккал
энергии.
Функции живого вещества в биосфере
2. Деструктивная
Разрушение неорганического и мертвого
органического вещества до простых
неорганических соединений.
Разложение неорганического вещества
последовательно осуществляется
механическим и химическим способами.
Функции живого вещества в биосфере
3. Средообразующая
Состоит в преобразовании организмами
физико-химических параметров среды.
Гипотеза Геи Д.Лавлока
«Земля как целое представляет
собой живую самоорганизующуюся
систему».
…Жизнь на самом деле производит,
формирует и изменяет то
окружение, к которому она
приспосабливается.
Функции живого вещества в биосфере
4. Концентрационная
Избирательное накопление организмами
в процессе жизнедеятельности атомов
веществ, рассеянных в природе.
Функции живого вещества в биосфере
5. Транспортная
Перемещение вещества живыми
организмами против сил земного
притяжения и горизонтальный перенос
по планете.
Биосферные циклы
Путь химических элементов в биосфере
1. Включение минеральных веществ в состав
живых клеток.
2. Преобразования элементов в процессе
жизнедеятельности.
3. Высвобождение из отмерших организмов в
процессе деструкции.
4. Включение вновь в биологические циклы в
виде минеральных веществ.
Скорость круговорота некоторых элементов
Цикл азота в биосфере
Аммонификация – процесс
разложения
микроорганизмами почвы
азотсодержащих
органических соединений с
образованием аммиака (NH3).
Цикл азота в биосфере
Нитрификация – цепь
реакций, с помощью которых
микроорганизмы (род
Nitrosomonas, Nitrosococcus,
Nitrobacter, Nitrococcus и др.)
окисляют аммиак до нитрита
(NO2), а нитрит – до нитрата (NO3).
Цикл азота в биосфере
Денитрификация –
микробиологический процесс
восстановления нитратов и
нитритов до газообразных азотистых
продуктов (N2, N2O – закись азота, NO
– окись).
Денитрификаторы – бактерии
родов Pseudomonas, Bacillus,
Paracoccus и др.
Свойства биосферы как биологической
системы
1. Целостность
Целостность достигается круговоротом
вещества и потоком энергии.
Биосфера - система с прямыми и обратными
связями, которые, в конечном счете,
обеспечивают механизмы ее
функционирования и устойчивости.
Изменение одного компонента неизбежно
приводит к изменению других и биосферы в
целом.
Закон внутреннего динамического равновесия
Вещество, энергия, информация и
динамические свойства природных систем
взаимосвязаны настолько, что любое изменение
одного из этих показателей вызывает структурнофункциональные перемены, направленные на
сохранение общей суммы вещественноэнергетических, информационных и
динамических качеств экосистемы («Всё связано
со всем»).
Свойства биосферы
2. Централизованность
Центральным звеном биосферы
выступают живые организмы
(живое вещество).
Это свойство часто недооценивается
человеком и в центр биосферы
ставится только один вид – человек
(идеи антропоцентризма).
Свойства биосферы
3. Устойчивость и саморегуляция
Биосфера способна
возвращаться в исходное
состояние, гасить возникающие
возмущения, создаваемые внешними и
внутренними воздействиями.
Гомеостатические механизмы биосферы
связаны в основном с живым веществом, его
свойствами и функциями.
Принцип Ле-Шателье-Брауна
При
внешнем воздействии,
выводящем систему из состояния
устойчивого
равновесия,
это
равновесие смещается в том
направлении,
при
котором
эффект внешнего воздействия
ослабляется.
Свойства биосферы
4. Ритмичность
Биосфера проявляет
ритмичность развития —
повторяемость во времени тех
или иных явлений. В природе
существуют ритмы разной
продолжительности. Основные
из них — суточный, годовой,
внутривековые и сверхвековые.
Свойства биосферы
5. Энергозависимость и круговорот веществ
Биосфера — открытая система. Ее
существование невозможно без поступления
извне энергии Солнца.
В отличие от количества солнечной энергии,
количество атомов вещества на Земле
ограничено, но круговорот веществ
обеспечивает неисчерпаемость отдельных
атомов химических элементов. При
отсутствии круговорота за короткое время
были бы исчерпаны основные
«строительные» материалы живых
организмов (углерод, азот, кислород и т.д.).
Свойства биосферы
6. Горизонтальная зональность –
закономерное изменение
природной среды по
направлению от экватора к
полюсам. Зональность
обусловлена неодинаковым
количеством поступающего на
разные широты тепла, что
обеспечивает зональность
состава растительности и
животного мира.
Свойства биосферы
Высотная поясность – закономерная
смена природной среды с подъемом в
горы от их подножия до вершин. Она
обусловлена изменением климата с
высотой: понижением температуры и
увеличением осадков.
Свойства биосферы
7. Большое разнообразие
Это свойство обусловлено следующими причинами:
 разными средами жизни (водной, наземно-воздушной,
почвенной, организменной);
 разнообразием природных зон, различающихся по
климатическим, гидрологическим, почвенным,
биотическим и другим свойствам;
 наличием регионов, различающихся по химическому
составу (геохимические провинции);
 биологическим разнообразием живых организмов.
Разнообразие – основное условие
устойчивости любой экосистемы и биосферы
в целом.
Эволюция биосферы: основные тенденции
 Постепенное увеличение общей биомассы
и продуктивности биосферы, т.е.
прогрессивное накопление
аккумулированной солнечной энергии в
поверхностных оболочках Земли.
 Увеличение информационной емкости
биосферы, проявляющейся в
нарастающей диверсификации (росте
разнообразия) органических форм.
Эволюция биосферы: основные тенденции
 Усиление преобразующего воздействия
жизни на атмосферу, гидро- и литосферу, а
также увеличение роли живого вещества и
продуктов его жизнедеятельности в
геологических, геохимических и физикогеографических процессах.
Эволюция биосферы: основные тенденции
 Усложнение структуры биотического
круговорота
 Трансформирующее воздействие
человеческой деятельности на биосферу.
«Биогеохимическая функция
человека является новой
геологической силой, которая
никогда еще не существовала на
нашей планете в таком
размере»
В.И. Вернадский
Концентрации глобальных парниковых газов
Диоксид углерода, метан,
закись азота и
хлорфторуглеводороды
уменьшают рассеивание
тепла от Земли в
космическое пространство,
и в результате температура
на Земле увеличивается.
Концентрация этих газов в
атмосфере – за исключением
ХФУ, которые были впервые
синтезированы в середине
80-х гг. ХХ века – росла
примерно с 1800 г.
(CDIAC; UNEP.)
Среднемировая температура за последнее столетие выросла на 0.6○ С.
Пунктир
отображает
среднегодовые
значения,
сплошная линия усредненные за
пятилетние
периоды
(CDIAC)