Взаимоотношение организма и среды. Основы экологии. Структура биосферы

Вопрос 1. Какие типы веществ выделяют в составе биосферы?

В составе биосферы различают:

– живое вещество, образованное совокупностью организмов;

– биогенное вещество, которое создаётся в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и др.);

– косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);

– биокосное вещество, представляющее собой общий результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов, например почвы.

Вопрос 2. Охарактеризуйте оболочки Земли, в которых обитают живые организмы, — атмосферу, гидросферу, литосферу.

Атмосфера. Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся 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 мёртвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жёсткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород – в результате фотосинтеза.

Гидросфера. Вода – важный компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная её часть (95 %) находится в Мировом океане, который занимает около 70 % поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км3 воды.

Поверхностные воды (озёра, реки, болота) включают всего 0,182 млн. км3, а количество воды в живых организмах составляет ничтожное количество по сравнению с этими цифрами – всего 0,001 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники.

Большое значение имеют газы, растворённые в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьирует в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.

Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

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.

Вопрос 3. Чем определяются границы распространения живых организмов в биосфере?

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. Границы распространения живых организмов определяются температурным режимом и количеством солнечного света.

Вопрос 4. Сравните суммарную биомассу суши и океана.

Общая масса живых организмов – 2,431012 т.. Жизнь сосредоточена главным образом на суше – 93,7%. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,13 % биомассы всех существ, обитающих на Земле.

Вопрос 5. Какой вклад в биомассу Земли вносят растения и какой — животные?

Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2 % представлена зелёными растениями – продуцентами (образователями) органического вещества и на 0,8 % – животными и микроорганизмами.

Вопрос 6. Составьте диаграммы распределения различных групп живых организмов на суше и в океане.

Вопрос 7. Чем вы можете объяснить, что число 24 млн. км3 (найдите его в тексте параграфа) не является постоянным? Как вы думаете, в сторону уменьшения или увеличения изменяется эта величина с течением времени? Докажите свою точку зрения.

Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. У них есть одно свойство, ледники могут таять, поэтому запасы воды в них могут меняться.

Вопрос 8. Почему В. И. Вернадский считал живые организмы могущественной геохимической силой?

Масса живого вещества составляет всего 0,01–0,02 % от косного вещества биосферы, однако оно играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимые для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.

Чтобы представить масштабы геохимической деятельности организмов, приведём некоторые цифры. Ежегодная продукция живого вещества в биосфере составляет 232,5 млрд. т. сухого органического вещества. За это же время в процесс фотосинтеза вовлекается 46 млрд. т. углерода. Для этого необходимо, чтобы 170109 т. диоксида углерода прореагировало с 68•109 т. воды. В процесс жизнедеятельности ежегодно вовлекаются 6•109 т. азота, 2•109 т. фосфора, а также калий, кальций, магний, сера, железо и другие элементы.

Поэтому Вернадский считал живые организмы могущественной геохимической силой.

Вопрос 9. Согласны ли вы с утверждением, что газы, растворённые в водах Мирового океана, играют важную роль в поддержании жизни на Земле?

Большое значение имеют газы, растворённые в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьирует в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере.

Вопрос 10. Используя дополнительные источники информации, подготовьте сообщение о жизни и деятельности выдающегося российского академика В. И. Вернадского.

Владимир Иванович Вернадский (1863 - 1945). Родился 12 марта 1863 года в Петербурге в семье профессора И.В. Вернадского и А.П. Вернадской. Через пять лет семья Вернадских переехала в Харьков, где на формирование личности Вернадского повлиял его двоюродный дядя - Е.М. Короленко, офицер в отставке, увлекающийся научно-философскими изысканиями. Более всего его интересовали проблемы, связанные с жизнью каждого человека и человечества в целом. На примере отца под его влиянием Вернадский постигал важность, необходимость систематического образования, углубленности в определенную область отца.

В 1873-1881 гг. В.И. Вернадский учился в классических гимназиях Харькова и Петербурга. В 1881-1885 гг. обучался на естественном отделении физико-математического факультета Петербургского университета. Его учителями были крупнейшие русские ученые Д.И. Менделеев, В.В. Докучаев, А.Н. Бекетов, И.М. Сеченов и др. В университете Вернадский начал работать в области естественных наук, проблем философии и научного мировоззрения. С 1885 по 1888 г. Вернадский работал хранителем Минералогического кабинета столичного университета, с 1888 по 1890 г. был в научной командировке в Италии, Германии и Франции для подготовки к профессорскому званию. С 1890 по 1911 г. Вернадский в качестве приват-доцента, а затем профессора преподавал минералогию и кристаллографию в Московском университете, защитил в Петербургском университете магистерскую (1891 г.) и докторскую (1897 г.) диссертации. В 1906 г. был избран действительным членом-адъюнктом по минералогии Петербургской Академии наук и назначен заведующим минералогическим отделением Геологического музея академии. В конце XIX - начале XX в. в Москве и Петербурге сложилась научная школа Вернадского в области геологии и минералогии. В 1911 г. он переехал в Петербург, работал в Академии наук и в 1912 г. был избран в ней ординарным академиком по минералогии.

В 1886 году он женился на Наталье Егоровне Старицкой.

Вскоре Владимир Иванович уезжает в заграничную командировку. Он побывал в Англии, где принял участие в работе 4 Международного геологического конгресса и познакомился с профессором Павловым, который через 2 года пригласил его в Московский университет.

К 1911 году вышел в свет первый том крупного труда Вернадского «Основы кристаллографии». Отдельными выпусками публикуется первый том огромной сводки о самородных элементах - «Опыты описательной минералогии». Один за другим появляются курсы лекций минералогии и работы, посвященные отдельным минералам.

Вернадский обладал исключительно широким диапазоном интересов, глубокой интуицией и поистине пророческим даром новых путей развития научной мысли. Вернадский заложил основы комплекса, новых в настоящее время, бурно прогрессирующих научных направлений и концепций. Прежде всего, это генетическая минералогия, геохимия, биогеохимия, радиоэкология. Учение о живом веществе, биосфере и ноосфере, подразделение географических и биологических наук, метеоритика, история науки и научного мировоззрения, науковведение, история философии. Как естествоиспытатель, он был типичным исследователем истории природы. Однако ее рассмотрение шло у него в тесной связи с историей человеческого общества. Именно это и составляло, в конечном счете, основу научного творчества и мировоззрения В.И. Вернадского.

Долгое время он работал в рамках узкой специализации. Ломоносовская традиция российской минералогии стала его научным направлением, но это не было для него самоцелью. Он готовил себя к профессиональной научной деятельности, но одновременно продолжал интересоваться всем подряд, размышлять о сути познания природы и природы научного познания, о синтезе знаний, о неразгаданных тайнах Земли и жизни.

Позже Вернадский защитил докторскую диссертацию “Явления скольжения кристаллического вещества”, и стал профессором Московского университета. В 1906 году Вернадского избирают членом Государственного совета от Московского университета. И через два года он становится академиком. Стал он и председателем ученого совета при министерстве земледелия, при этом Вернадский продолжал научные исследования, публикуя статьи по минералогии, геохимии, полезным ископаемым, по истории естествознания, организации наук.

Он жил на Украине, где активно участвовал в создании Украинской академии наук и был избран ее президентом - это первая национальная академия наук нашей страны. Три года он провел за границей, преимущественно во Франции, ведя большую научно - исследовательскую и преподавательскую работу. Выходят в свет его лекции по геохимии, статьи по минералогии, кристаллографии, геохимии, биохимии, химии моря, эволюции жизни, а также о геохимической деятельности и будущим человечества. Одной из основных причин работы во Франции является исследование в лабораториях Кюри “нового” радиоактивного элемента “Паризия”, который и поныне остается загадкой.

Дожив до глубокой старости, Вернадский скончался в Москве 6 января 1945 года всего за несколько месяцев до победоносного завершения Великой Отечественной войны. Ему пришлось пережить три революции в России и две мировые войны.