Biosfera ca sistem ecologic. Biosfera ca ecosistem global (2) - Rezumat Biosfera ca ecosistem principal

Biosfera este un ecosistem global. După cum sa menționat mai devreme, biosfera este împărțită în geobiosferă, hidrobiosferăȘi aerobiosferă. Geobiosfera are diviziuni în conformitate cu principal factori de formare a mediului: terrabiosfera si litobiosfera - in cadrul geobiosferei, marinobiosfera (ocean-nobiosfera) si acvabiosfera - in cadrul hidrobiosferei. Aceste formațiuni se numesc subsfere. Factorul principal de formare a mediului în formarea lor este faza fizică a mediului de viață: aer-apă în aerobiosferă, apă (apă dulce și apă sărată) în hidrobiosferă, aer solid în terrabiosferă și apă solidă în litobiosferă. .

La rândul lor, toate se descompun în straturi: aerobiosfera - în tropobiosferă și altobiosferă; hidrobiosferă - în fotosferă, disfotosferă și afotosferă.

Factorii structurali aici, pe lângă mediul fizic, energie (lumină și căldură), condiții speciale pentru formarea și evoluția vieții - direcțiile evolutive de pătrundere a biotei pe uscat, în adâncurile sale, în spațiile de deasupra pământul, abisul oceanului, sunt fără îndoială diferite. Împreună cu apobiosfera, parabiosfera și alte straturi sub și suprabiosfere, ele alcătuiesc așa-numitul „tort strat al vieții” și geosfera (ecosfera) existenței sale în limitele megabiosferei (Fig. 12.40).

Orez. 12.40. Întinderea verticală a biosferei și raportul

suprafeţe ocupate de unităţi structurale de bază

(după F. Ramad, 1981)

Într-un sens sistemic, formațiunile enumerate sunt părți funcționale mari de dimensiuni virtual universale sau subplanetare. Ierarhia generală a subsistemelor biosferei este prezentată în Fig. 12.41.

Orez. 12.41. Ierarhia ecosistemelor biosferei (după N. F. Reimers, 1994)

Oamenii de știință cred; că în biosferă există opt până la nouă niveluri de cicluri relativ independente de substanțe în cadrul interconexiunilor a șapte componente ecologice principale material-energie și a opta - informațional (Fig. 12.42).

Orez. 12.42. Componente ecologice (după N.F. Reimers, 1994)

Ciclurile globale, regionale și locale ale substanțelor nu sunt închise și parțial „se intersectează” în cadrul ierarhiei ecosistemului. Această „cuplare” material-energie și parțial informațională asigură integritatea supersistemelor ecologice până la biosfera în ansamblu.

Modele generale de organizare a biosferei. Biosfera este formată într-o măsură mai mare nu de factori externi, ci de modele interne. Cea mai importantă proprietate a biosferei este interacțiunea dintre lucrurile vii și nevii, care se reflectă în legea migrării biogene a atomilor de către V.I. Vernadsky și este discutată de noi în secțiunea 12.6.

Legea migrației biogene a atomilor face posibil ca omenirea să controleze în mod conștient procesele biogeochimice atât pe Pământ în ansamblu, cât și în regiunile sale.

Cantitatea de materie vie din biosferă, după cum se știe, nu este supusă unor modificări vizibile. Acest model a fost formulat sub formă legea constanței cantității de materie vie de V. I. Vernadsky: cantitatea de materie vie din biosferă pentru o perioadă geologică dată este constantă. În practică, această lege este o consecință cantitativă a legii echilibrului dinamic intern pentru ecosistemul global - biosfera. Întrucât materia vie, în conformitate cu legea migrației biogenice a atomilor, este un intermediar energetic între Soare și Pământ, atunci fie cantitatea ei trebuie să fie constantă, fie caracteristicile sale energetice trebuie să se modifice. Legea unității fizice și chimice a materiei vii (toate materie vie Pământul este unit fizic și chimic) exclude modificări semnificative ale acestei din urmă proprietate. Prin urmare, stabilitatea cantitativă este inevitabilă pentru materia vie a planetei. Este pe deplin caracteristică numărului de specii.

Materia vie, ca acumulator de energie solară, trebuie să răspundă simultan atât la influențele externe (cosmice), cât și la schimbările interne. O scădere sau creștere a cantității de materie vie într-un loc al biosferei ar trebui să conducă la un proces exact invers în alt loc, deoarece nutrienții eliberați pot fi asimilați de restul materiei vii sau se va observa deficiența acestora. Aici trebuie să luăm în considerare viteza procesului, care în cazul schimbării antropice este mult mai mică decât perturbarea directă a naturii de către om.

Pe lângă constanța și constanța cantității de materie vie, reflectată în legea unității fizice și chimice a materiei vii,În natura vie, există o păstrare constantă a structurii informaționale și somatice, în ciuda faptului că aceasta se modifică oarecum odată cu cursul evoluției. Această proprietate a fost remarcată de Yu. Goldsmith (1981) și a fost numită legea conservării structurii biosferei - informațional și somatic, sau prima lege a ecodinamicii. .

Pentru a păstra structura biosferei, viețuitoarele se străduiesc să atingă o stare de maturitate sau echilibru ecologic. Legea dorinței de menopauză este a doua lege a ecodinamicii de Yu. Goldsmith, se referă la biosferă și la alte niveluri ale sistemelor ecologice, deși există specificități - biosfera este un sistem mai închis decât subdiviziunile sale. Unitatea materiei vii a biosferei și omologia structurii subsistemelor sale duc la faptul că elementele vii de diferite epoci geologice și originile geografice originale care au apărut pe ea sunt împletite profund. Impletirea elementelor de diferite geneze spatiotemporale la toate nivelurile ecologice ale biosferei reflecta regulă sau principiul eterogenezei materiei vii. Această adăugare nu este haotică, ci este supusă principiilor complementarității ecologice, conformității ecologice (congruenței) și altor legi. În cadrul ecodinamicii lui Yu. Goldsmith, aceasta a treia lege a sa este principiul ordinii ecologice sau mutualismul ecologic, indicând o proprietate globală datorită influenței întregului asupra părților sale, influenței inverse a părților diferențiate asupra dezvoltării întregului etc., ceea ce în total duce la păstrarea stabilității biosferei în ansamblu.

Asistența reciprocă în cadrul ordinii ecologice, sau mutualismul sistemic, este afirmată legea ordinii de umplere a spațiului și certitudinea spațio-temporală: umplerea spațiului în cadrul unui sistem natural, datorită interacțiunii dintre subsistemele acestuia, este ordonată în așa fel încât să permită realizarea proprietăților homeostatice ale sistemului cu contradicții minime între părțile din cadrul acestuia. Din această lege rezultă că existența pe termen lung a accidentelor „nenecesare” naturii, inclusiv a celor străine acesteia, create de om, este imposibilă. Regulile ordinii sistemului mutualist în biosferă includ principiul complementarității sistemului, care afirmă că subsistemele unui sistem natural în dezvoltarea lor oferă o condiție prealabilă pentru dezvoltarea și autoreglementarea cu succes a altor subsisteme incluse în același sistem.

A patra lege a ecodinamicii de Yu. Goldsmith include legea autocontrolul și autoreglementarea viețuitoarelor: sistemele vii și sistemele aflate sub controlul ființelor vii sunt capabile de autocontrol și autoreglare în procesul de adaptare a acestora la schimbările din mediu. În biosferă, autocontrolul și autoreglementarea apar în timpul proceselor în cascadă și în lanț de interacțiune generală - în timpul luptei pentru existența selecției naturale (în sensul cel mai larg al acestui concept), adaptarea sistemelor și subsistemelor, co-evoluția largă. , etc. Mai mult, toate aceste procese conduc la rezultate pozitive „din punct de vedere al naturii” - conservarea și dezvoltarea ecosistemelor biosferei și a acesteia în ansamblu.

Legătura de legătură dintre generalizările de natură structurală și evolutivă este regula întreținerea automată a habitatului global: materia vie, în cursul autoreglării și interacțiunii cu factorii abiotici, menține autodinamic un mediu de viață propice dezvoltării sale. Acest proces este limitat de schimbări la scară cosmică și globală a ecosferei și are loc în toate ecosistemele și biosistemele planetei, ca o cascadă de autoreglare care ajunge la scară globală. Regula întreținerii automate a habitatului global decurge din principiile biogeochimice ale lui V.I. Vernadsky, regulile de conservare a habitatului speciilor, consistența internă relativă și servește ca o constantă pentru prezența mecanismelor conservatoare în biosferă și, în același timp, confirmă regula de complementaritate sistem-dinamică.

Impactul cosmic asupra biosferei este evidențiat de legea refracției influențelor cosmice: Factorii cosmici, care influențează biosfera și mai ales subdiviziunile ei, sunt supuși modificării de către ecosfera planetei și de aceea, din punct de vedere al forței și al timpului, manifestările pot fi slăbite și deplasate sau chiar își pot pierde complet efectul. Generalizarea aici este importantă datorită faptului că există adesea un flux de efecte sincrone ale activității solare și ale altor factori cosmici asupra ecosistemelor Pământului și a organismelor care îl locuiesc (Fig. 12.43).

Trebuie remarcat faptul că multe procese de pe Pământ și din biosfera sa, deși supuse influenței spațiului, sunt presupuse cicluri de activitate solară cu un interval de 1850, 600,400, 178, 169,88,83,33,22,16, 11,5(11,1), 6,5 și 4,3 ani, biosfera în sine și diviziunile sale nu trebuie neapărat să reacționeze cu aceeași ciclicitate în toate cazurile. Influențele cosmice ale sistemului biosferei pot fi blocate complet sau parțial.

Orez. 12.43. Căi de influență cosmică asupra biosferei

Activitatea umană și

Evoluția biosferei

E.I.Kolchinsky (1988) identifică următoarele tendințe în evoluția biosferei: o creștere treptată a biomasei totale și a productivității acesteia; acumularea progresivă a energiei solare acumulate în învelișurile de suprafață ale Pământului; o creștere a capacității informaționale a biosferei, manifestată prin creșterea crescândă a formelor organice, o creștere a numărului de bariere geochimice și o creștere a diferențierii structurii fizice și geografice a biosferei; consolidarea unor funcții biogeochimice ale materiei vii și apariția de noi funcții; consolidarea impactului transformator al vieții asupra atmosferei, hidrosferei, litosferei și creșterea rolului materiei vii și a produselor sale metabolice în procesele geologice, geochimice și fizico-geografice; extinderea domeniului de aplicare a ciclului biologic (biotic) și complicarea structurii acestuia. Fără îndoială, această listă trebuie să includă impactul transformator asupra biosferei activității umane, fără a exclude ramura descendentă a evoluției biosferei - toate sistemele în evoluție nu sunt nemuritoare, ci au un „început” și „sfârșit” al existenței lor. Astfel, dacă în evoluția materiei vii există un flux continuu de informații genetice, iar în genomul uman există gene din întreaga serie a strămoșilor săi, atunci biosfera conține specii de diferite vârste geografice - „eiogenoelemente” sau „ bioelemente” ale ecosistemelor. Există o înlocuire evolutivă a acestor ecogenoelemente (bioelemente), uneori în cadrul regional o înlocuire completă, cu dispariția predecesorilor.

Exterminarea în masă a plantelor și animalelor de către oameni nu a putut decât să modifice procesele naturale, de exemplu, dispariția pliocenului a animalelor mari, după toate probabilitățile, s-a produs nu numai din cauza persecuției directe, ci și ca urmare a perturbării lanțurilor trofice, alimentației. rețelele în general, ceea ce a dus la transformarea ecosistemelor. Distrugerea modernă a speciilor, care este mult mai rapidă decât în ​​timpul pescuitului excesiv din pliocen, ar trebui să conducă și chiar conduce la procese opuse celor numite de E.I. Kolchinsky - biomasa, productivitatea și conținutul de informații al biosferei scade, natura acumulării de energie solară. în învelișurile de suprafață ale planetei modificări etc. etc. Prin urmare, modelele de evoluție ale biosferei trebuie luate în considerare atât în ​​termeni progresivi, cât și regresivi.

După cum știm deja, evoluția viețuitoarelor a început odată cu apariția formelor pre-vieți și mai târziu a organismelor ancestrale (Fig. 12.44).

Orez. 12.44. Secvența etapelor simbiogenetice

originea celulelor eucariote, suprapuse

arborele genealogic al celulelor (cariote)

Notă: sunt prezentate etapele multiple ale simbiogenezei unei celule eucariote

Din acest timp geologic a început să funcționeze Principiul Redi: viețuitoarele provin numai din ființe vii; există o graniță de netrecut între materia vie și cea nevie, în ciuda faptului că există o interacțiune constantă. Ulterior, această generalizare a fost reformulată de V.I.Vernadsky în 1924. Acest principiu servește drept bază pentru dubla compoziție a ecosistemelor în cadrul unor modele precum distincția dintre vii și nevii. Relația dintre ele formează complementaritate și corespondență în cadrul comunității biotice și legătura dintre biotop și biocenoză.

În evoluția reală, principiul Redi se manifestă într-o manieră foarte diversă - metodele de speciație, formarea de bio-, eco-bio- și ecosisteme sunt numeroase, deși sunt supuse legilor generale ale micro- și macroevoluției biologice, precum şi ecogeneza. În diferite etape ale dezvoltării biosferei, procesele din ea nu au fost aceleași, în ciuda faptului că au urmat modele similare. Prezența unui ciclu pronunțat de substanțe, conform legea închiderii globale a ciclului biogeochimic, este o proprietate obligatorie a biosferei în orice stadiu al dezvoltării sale. Aceasta este probabil o lege imuabilă a existenței sale. O atenție deosebită trebuie acordată t creșterea ponderii produselor biologice,și nu geochimic, componentă în închiderea ciclului biogeochimic al substanţelor. Tipul actual de schimb biogeochimic, format din autotrofi-producători, heterotrofi-consumatori și heterotrofi-reductori cu o creștere din ce în ce mai mare a valorii de control a verigii mijlocii, a luat contur practic la mijlocul perioadei Cretacice. Dacă în primele etape ale evoluției a prevalat ciclul general al biosferei - un cerc mare de schimb al biosferei (la început numai în mediul acvatic, apoi împărțit în două subcicluri - pământ și ocean), apoi a început să se fragmenteze mai târziu. În locul unei biote relativ omogene, au apărut ecosisteme de diferite niveluri de ierarhie și dislocare geografică și au devenit din ce în ce mai diferențiate. Cercurile mici, biogeocenotice, de schimb au căpătat importanță. A apărut așa-numitul „schimb de schimburi” - un sistem armonios de cicluri biogeochimice cu cea mai mare importanță a componentei biotice.

Activitatea umană duce la omogenizarea sistemelor biosferei. Ecosistemele elementare sunt din ce în ce mai „șterse”, transformându-se în agrosisteme „monotone” și peisaje culturale care sunt uniforme în caracteristicile biogeochimice. În același timp, gradul de închidere a ciclurilor biogeochimice scade. Acesta este probabil secretul acumulării în biosferă, și în primul rând în atmosferă, a impurităților gazoase mici, eliberarea acelor substanțe care se formează în mod natural în cantități mai mici și au fost de obicei utilizate anterior de către biotă aproape complet. Cu cât mai multe organisme au influențat mediul biosferei, cu atât a avut loc o evoluție mai intensă. Acest principiul efectului maxim al muncii externe, legea autodezvoltării sistemelor biologice sau legea dezvoltării istorice a sistemelor biologice, a fost formulat în 1935 de E. Bauer: dezvoltarea sistemelor biologice este rezultatul unei creșteri a muncii lor externe – impactul acestor sisteme asupra mediului.

Confirmarea fizico-matematică a generalizărilor de mai sus este dată de teorema pragului de creștere a entropiei în biosferă sau teorema lui K. S. Trincher, derivată în 1964, - producția de entropie de către materia vie a biosferei crește până la un prag determinat de ecuația:

, (12.9)

unde t este timpul absolut;

r - unitatea de timp biologică (caracteristica sistemului). ;

S sp - entropia specifică a unei specii vii,

e este baza logaritmului natural.

Lucrul important aici este că entropia minimă apare atunci când substanțele sunt distribuite neuniform în sistem. Activitatea umană perturbă această denivelare, face materia vie omogenă sau chiar, la figurat vorbind, rupe „pielea vie” de pe fața Pământului, modifică procesele entropice și negentropice.

Impactul antropic asupra mediului s-a dovedit a fi distructiv. Evoluția este forțată să se desfășoare pe larg, sub influența factorilor externi, într-un ritm dictat nu de cursul fenomenelor naturale, ci de transformarea naturii de către om. Legea dezvoltării istorice a biosistemelor nu funcționează pe deplin sau nu funcționează deloc datorită faptului că rolul influenței biotice asupra mediului a scăzut relativ. Predomină activitatea umană transformatoare (Fig. 12.45).

Orez. 12.45. Impactul uman asupra naturii la diferite

etape de dezvoltare a producției:

I - perioada de dinaintea timpului de utilizare a focului; II - perioada de la momentul folosirii focului, apariția și perfecționarea uneltelor primitive (100-10 mii de ani î.Hr.); III - perioada de formare și dezvoltare a agriculturii și creșterii vitelor (10 mii de ani î.Hr. - secolul XIV); IV - perioada de dezvoltare a meșteșugurilor, apariția și creșterea producției, extinderea producției agricole (secolele XV-XVIII); V - perioada industriei de mașini, dezvoltarea diverselor sectoare ale economiei (secolul XIX - prima jumătate a secolului XX); VI - perioada de revoluție științifică și tehnologică (a doua jumătate a secolului XX)

Aici, în urma distrugerii directe a speciilor, ar trebui să ne așteptăm la autodistrugerea viețuitoarelor. Acest proces are loc de fapt sub forma reproducerii în masă a organismelor individuale care distrug ecosistemele existente. Cât de periculoasă este această situație pentru biosferă? Totul depinde de ritmul schimbării. Trebuie avut în vedere faptul că evoluția biosferei nu a fost uniformă (Fig. 12.46), iar, în ciuda gradului de perfecțiune tot mai mare al ciclului biogeochimic, acest proces nu a decurs fără probleme.

Orez. 12.46. Spirala timpului

Panglica spirală descrie grafic 4,5 miliarde de ani din istoria Pământului. Numărătoarea inversă începe (capătul inferior al benzii) odată cu formarea planetei noastre. Săgețile indică momente cheie în evoluția vieții, dezvăluind relativa tinerețe a mamiferelor ca grup integral, ca să nu mai vorbim de oameni, a căror existență - aproximativ 1 milion de ani - este indicată chiar în partea de sus a casetei. O diviziune a scalei marcate pe bandă corespunde la aproximativ 4,5 milioane de ani

Astăzi sunt cunoscute catastrofele evolutive care au avut loc pe planeta noastră. De exemplu, acum 650 de milioane de ani, o criză evolutiv-ecologică a dus la dispariția „subită” a multor specii de alge unicelulare. La începutul cu 450 de milioane de ani în urmă, majoritatea locuitorilor blindați ai oceanului au dispărut, în urmă cu 230 de milioane de ani multe specii de amfibieni giganți au dispărut și, conform standardelor evoluției, reptilele gigantice și multe specii din alte grupuri de organisme au dispărut relativ. rapid - acum 65 de milioane de ani. Oamenii de știință au opinii diferite cu privire la dispariția organismelor vii. Astfel, dispariția reptilelor gigantice este asociată cu răcirea care a avut loc pe Pământ ca urmare a căderii unui meteorit uriaș asteroid (se presupune că acesta a format cel mai mare crater de meteorit de pe teritoriul Mexicului modern). Poșta rece a dus la întreruperea incubației ouălor de reptile și ar putea oferi, de asemenea, avantaje pentru evoluția grupurilor nocturne de animale și ar putea duce la dispariția mamiferelor de zi deosebit de iubitoare de căldură. Desigur, cauzele dispariției și mecanismele acesteia ar fi putut fi diferite. Chiar și schimbări minore în mediul abiotic duc la schimbări energetice care abia sunt vizibile pentru oameni. Un lucru este cert - o specie nu dispare niciodată singură, există întotdeauna o schimbare în rețelele alimentare și informaționale. O restructurare globală are loc la toate nivelurile ecosistemelor. Unele specii dispar, altele le înlocuiesc. Acest fenomen se reflectă în regula (principiul) unui șoc catastrofal: o catastrofă globală naturală sau antropică naturală (aproximarea Pământului cu un alt corp cosmic mare, ciocnirea cu un asteroid, schimbarea bruscă a climei, sărăcirea biotei etc.) duce întotdeauna la rearanjamente evolutive semnificative care sunt relativ progresive pentru natură (adaptarea acesteia). sisteme la noile condiții de mediu), dar nu sunt neapărat utile pentru o specie sau altă categorie sistematică, inclusiv pentru oameni și activitățile lor economice. Datorită faptului că există accelerații și decelerații ale evoluției, există și principiul discontinuității și continuității dezvoltării biosferei: procesul de schimbare evolutivă lentă a organismelor este întrerupt în mod natural de faze de dezvoltare și extincție rapidă, practic fără forme de tranziție (paleontologice). Ceea ce este interesant aici nu este atât mecanismul evoluției, cât însuși faptul că accelerarea diferită a proceselor evolutive și direcția lor. Dacă rolul principal în selecție l-au jucat nivelurile superioare ale sistemelor naturale și acestea au direcționat de fapt evoluția, atunci schimbările antropice din biosferă, care au loc cu o viteză mai mare, pot da un impuls unei noi accelerări a restructurării evolutive în orice moment, în urma căreia se va produce o restructurare majoră a condiţiilor de mediu pe teren. Umanitatea ca entitate biologică și socio-economică este cu greu pregătită pentru astfel de transformări. Avem nevoie cel puțin de indicatori-cadre generale pentru a stabili ce este periculos și ce nu este încă periculos în cursul evoluției mediului și a vieții. Potrivit unui număr de oameni de știință, astfel de indicatori critici pot fi punctele lui Pasteur și regulile de unu și zece procente. După cum se știe din secțiunea 2.3, punctul principal al lui L. Pasteur este momentul în care nivelul de oxigen din atmosfera Pământului în procesul de evoluție a fost de 1% din cel modern. Viața aerobă a devenit posibilă din acest moment, ceea ce corespunde geocronologic cu Arheanul. Se crede că acumularea de oxigen a avut loc în mod exploziv pe o perioadă de aproximativ 20 de mii de ani (Fig. 12.47).

Orez. 12.47. Originea oxigenului în atmosferă (după E. Odum, 1971)

Al doilea punct al lui Pasteur este că, tot în Archean, conținutul de oxigen din atmosfera Pământului era de aproximativ 10% din ceea ce este astăzi. Au fost create premisele pentru formarea ozonosferei (Fig. 12.48). Posibilitatea vieții a apărut în apele puțin adânci și mai târziu pe uscat.

Orez. 12.48. Mecanisme de formare a stratului de ozon (de jos)

și rolul său în atmosferă (mai sus), conform lui E. A. Kriksunov și colab., 1995

Punctele lui Pasteur, precum și legea piramidei energetice a lui R. Lindemann (secțiunea 12.7), au dat baza formulării reguli de unu și zece la sută, numită legea lui Lindemann. Așa-numitul „număr magic” de 1% provine din raportul dintre posibilitățile de consum de energie și „puterea” necesară pentru stabilizarea mediului. Ponderea consumului din producția primară totală posibilă pentru biosferă nu depășește un procent, ceea ce reiese și din legea lui R. Lindemann: aproximativ 1% din producția primară netă în termeni energetici este consumată de animalele vertebrate în calitate de consumatori de ordine superioară, aproximativ 10. % de animale nevertebrate în calitate de consumatori de ordine inferioară, partea rămasă este reprezentată de bacterii și ciuperci saprofe. Omenirea, de îndată ce la limita secolelor 19-20 a început să folosească o cantitate mai mare de produse biosferei (în anii 90 ai secolului 20 - cel puțin 10%), a încetat să fie satisfăcută Principiul Le Chatelier-Brown(cu aproximativ 0,5% din energia totală a biosferei), Fig. 12.49 și 12.50.

Orez. 12.49. Biosfera și modelul uman de dezvoltare a sistemului

relațiile lor (după N.F. Reimers, 1990)

Notă: grosimea săgeților din interiorul cercurilor reflectă puterea influențelor; 1-3 - faze de transformare a naturii de către om (industrial, pastoral-agricol, industrial)

Principiul Le Chatelier-Brown afirmă că atunci când o influență externă scoate sistemul dintr-o stare de echilibru stabil, echilibrul se deplasează în direcția în care efectul influenței externe este slăbit. Astfel, vegetația nu a produs o creștere a biomasei în concordanță cu creșterea concentrației de CO 2 etc. O creștere a carbonului legat de plante a fost observată abia în secolul al XIX-lea.

Se consideră că pragul de consum de 5-10% din cantitatea unei substanțe este suficient de recunoscut, ceea ce duce la schimbări vizibile în sistemele naturii la trecerea acesteia. Este în mare măsură acceptată la nivel empiric-intuitiv, fără a distinge formele și natura controlului în aceste sisteme. Tranzițiile aproximative emergente pentru sistemele naturale pot fi împărțite în sisteme de management și populație de tip organismic și consorțial. Pentru cei dintâi, pragul de ieșire dintr-o stare staționară este de până la 1% din fluxul de energie sau „norma” de consum, iar pragul de autodistrugere este de aproximativ 10% din această „normă”. Pentru sistemele de populație, depășirea în medie a 10% din volumul de retragere duce la ieșirea acestor sisteme din starea staționară.

Să fim atenți la formularea „ieșire dintr-o stare staționară”. Pentru sistemul energetic global, o astfel de ieșire are loc probabil în intervalul 0,1-0,2% din perturbarea proceselor planetare, adică mult mai devreme decât apar perturbări în funcționarea principiului Le Chatelier-Brown și anomalii naturale vizibile. În sprijinul celor de mai sus, se poate sublinia că deșertificarea a început să crească semnificativ în ultimul secol. Este dificil de demonstrat sau de infirmat antropogenitatea proceselor climatice care au avut loc în ultimele două secole.

Tranzițiile evolutive în biosferă durează relativ puțin timp. Reguli pentru îmbunătățirea integrării sistemelor biologice de I. I. Shmalgauzen spunem că în procesul de evoluție, sistemele biologice devin din ce în ce mai integrate, cu mecanisme de reglare din ce în ce mai dezvoltate care asigură o astfel de integrare. N. F. Reimers, în lucrarea sa „System Fundamentals of Environmental Management”, a subliniat că distrugerea a mai mult de trei niveluri ale ierarhiei ecosistemelor este absolut ireversibilă și catastrofală. Pentru a menține fiabilitatea biosferei, este necesară o pluralitate de ecosisteme care interacționează competitiv. Acesta este modul în care a evoluat biosfera. Influențele antropice perturbă acest proces. Regula ecosistemelor multiple rezultă atât din regula duplicării ecologice cât şi din teoria fiabilităţii în general. Aici integrarea se dovedește a „aluneca” de-a lungul scării ierarhice a ecosistemelor.

Dezvoltarea biosferei în

Noosfera - sfera minții

Odată cu apariția societății umane, sub influența căreia, în condițiile moderne, are loc evoluția ulterioară a biosferei, ducând la o schimbare a compoziției calitative a biosferei în sine, la trecerea acesteia în noosferă. Noosfera este înțeleasă ca sfera de interacțiune dintre natură și societate, în care activitatea inteligentă a oamenilor devine principalul factor determinant al dezvoltării. Nume "noosfera" provine din greacă. „noos” este mintea și astfel denotă tărâmul minții. Conceptul de noosferă a fost introdus în 1927 de către matematicianul francez E. Leroy, însemnând prin acesta stadiul geologic modern de dezvoltare a biosferei. E. Leroy a remarcat că a venit la această idee împreună cu prietenul său, geologul și paleontologul P. Thayer de Chardin, care și-a dezvoltat ulterior propria idee despre noosferă. În cartea „Fenomenul omului”, autorul a definit noosfera ca o „nouă acoperire”, „un strat de gândire care, având originea la sfârșitul perioadei terțiare, se desfășoară deasupra lumii plantelor și animalelor - în afara biosferei. și deasupra lui.”

Semnificația științifică și practică a activităților lui V. I. Vernadsky ca fondator al doctrinei biosferei constă în faptul că el a fost primul care a fundamentat profund unitatea omului și a biosferei. Materia vie însăși, ca purtător de inteligență, a remarcat V.I. Vernadsky, constituie o mică parte a biosferei din punct de vedere al masei. Apariția societății umane a fost rezultatul dezvoltării pe termen lung a materiei vii din biosfere. Apariția omului pe Pământ a predeterminat inevitabilitatea apariției unei noi stări a biosferei - tranziția ei la noosferă, învelișul minții, acoperită de activitatea intenționată a omului însuși. Mai mult, perioada activității umane conștiente a fost precedată de o lungă perioadă a existenței sale sălbatice, semisălbatice și în general spontane. În cadrul biosferei, a apărut inițial sfera activității primitive a societății umane, care este adesea numită antroposferă. A început cu răspândirea omului pe întreaga suprafață a pământului ca urmare a folosirii focului. Omul, stăpânind focul, a devenit relativ independent de climă și a populat toate continentele, cu excepția Antarcticii. Conform descoperirilor paleontologice unice, omul, având originea în sălbăticiile Africii Centrale, a stăpânit Europa, Asia, Australia și, cu îmbunătățirea ulterioară a corpului său, a ajuns în vastitatea Americii de Nord și de Sud. În cursul dezvoltării forțelor productive, antroposfera, care îmbrățișează activitatea spontană a societății umane, trebuie să se deplaseze în mod obiectiv în noosferă - sfera activității conștiente. În epoca modernă, formarea noosferei este strâns legată de stăpânirea diferitelor forme de mișcare a materiei - inițial mecanică, apoi termică, chimică, atomo-nucleară. Următorul pe linie este stăpânirea formelor biologice de mișcare - crearea de forme vii folosind metodele și mijloacele biotehnologiei și ingineriei genetice. Acest lucru este, de asemenea, asociat cu apariția de noi cicluri de calitate ale substanțelor în biosferă.

V.I.Vernadsky, evaluând rolul minții umane și al gândirii științifice, trage următoarele concluzii.

1. Cursul creativității științifice este forța prin care omul schimbă biosfera în care trăiește.

2. Această manifestare a schimbărilor din biosferă este un fenomen inevitabil care însoțește creșterea gândirii științifice.

3. Această schimbare a biosferei are loc independent de voința umană, în mod spontan, ca proces natural.

4. Și din moment ce mediul de viață este învelișul organizat al planetei - biosfera, atunci intrarea în ea în timpul existenței sale geologic lungi a unui nou factor al schimbării sale - opera științifică a omenirii - este un proces natural de tranziție a biosfera într-o nouă fază, într-o nouă stare - noosfera.

5. În momentul istoric pe care îl trăim, vedem acest lucru mai clar decât am putut vedea înainte. Aici ni se dezvăluie „legile naturii”. Noile științe - geochimia și biogeochimia - fac posibilă pentru prima dată exprimarea matematică a unor trăsături importante ale procesului.

Concluziile conform cărora biosfera se va transforma inevitabil în noosferă, adică sfera în care mintea umană va juca un rol dominant în dezvoltarea sistemului „om – natură”, sunt numite legea noosferei de V.I.Vernadsky.

Ulterior, lucrările științifice ale multor cercetători străini și autohtoni au fost dedicate evoluției biosferei și trecerii acesteia la noosferă. Astfel, M. M. Kamshilov (1974), având în vedere evoluția biosferei, a remarcat (Fig. 12.51):

Orez. 12.51. Etapele evoluției biosferei, prezentate

sub formă de implicat succesiv în ciclu

cicluri (după M. M. Kamshilov, 1974)

1 - într-un mare ciclu abiotic de substanțe (A) a apărut biosfera (B);

2 - pe măsură ce viața se dezvoltă, se extinde;

3 - societatea umană apare în ea (H);

4 - societatea umană începe să absoarbă materia și energia nu numai prin biosferă, ci și direct din mediul biotic (T);

5 - biosfera, care s-a transformat în noosferă (N), a început să se dezvolte sub controlul activității umane inteligente (noogeneza ); managementul relaţiilor reciproce dintre societatea umană şi natură se realizează cu ajutorul noogenetica, viața, dezvoltându-se pe calea noogenezei, stăpânește din ce în ce mai pe deplin potențialul materiei, energetice și informaționale ale naturii neînsuflețite | dy, răspândindu-se dincolo de Pământ (linii întrerupte).

În secolul al XX-lea, s-a acumulat o cantitate imensă de material faptic asupra biosferei și asupra activităților de producție ale societății umane. Noosfera emergentă în principalele sale manifestări se caracterizează prin următoarele trăsături (Fig. 12.52).

Orez. 12.52. Geochimia noosferei (după D.I. Perelman, 1973)

Procese moștenite din biosferă, dar modificate semnificativ în noosferă: 1 - ciclul biologic al atomilor; 2 - ciclul apei, migrația apei și a elementelor atmosferice; 3 - dispersia elementelor - exploatarea zăcămintelor etc. Procese străine biosferei: 4 - producerea de metale și alte elemente instabile în câmpul termodinamic al biosferei; 5 - producerea de energie la centralele nucleare; b - sinteza de substanțe organice care nu au existat în biosferă (polimeri etc.)

1. O cantitate din ce în ce mai mare de material litosferă extras mecanic - o creștere a dezvoltării zăcămintelor minerale. În anii 90 a depășit 100 de miliarde de tone pe an, ceea ce este de 4 ori mai mult decât masa materialului transportat de scurgerea râului în ocean în timpul procesului de denudare a pământului.

2. Consumul în masă de produse de fotosinteză din erele geologice trecute, în principal în scopuri energetice. În acest sens, echilibrul chimic din biosferă se deplasează în direcția opusă procesului global de fotosinteză, ceea ce duce inevitabil la o creștere a conținutului de dioxid de carbon din biosferă și o scădere a conținutului de oxigen liber.

3. Procesele din noosferă duc la disiparea energiei Pământului, și nu la acumularea acesteia, care era caracteristică biosferei înainte de apariția omului. Apare o problemă energetică importantă.

4. În noosferă, substanțele sunt create în cantități de masă care anterior erau absente în biosferă. Are loc metalizarea biosferei.

5. Caracteristică noosferei este apariția de noi elemente chimice transuraniu în legătură cu dezvoltarea tehnologiei nucleare și a energiei nucleare. Stăpânirea energiei nucleare are loc prin fisiunea nucleelor ​​grele. În viitorul apropiat, se așteaptă ca energia termonucleară să fie obținută prin fuziunea nucleelor ​​ușoare, ceea ce va face posibilă abandonarea completă a mineralelor combustibile ca sursă de energie.

6. Noosfera trece dincolo de biosfera datorită progresului enorm al revoluției științifice și tehnologice. A apărut astronautica, care permite oamenilor să călătorească dincolo de granițele planetei Pământ. Explorarea spațiului cosmic și spațial apropiat are loc cu posibilități neprevăzute. Se creează posibilitatea fundamentală de a crea biosfere artificiale pe alte planete.

7. Odată cu formarea noosferei, planeta Pământ trece într-o nouă stare calitativă. Dacă biosfera este sfera Pământului, atunci noosfera este sfera Sistemului Solar. Noosfera în viitor va deveni o regiune a sistemului solar pentru scopurile cognitive și de producție ale societății umane.

Astfel, autodezvoltarea haotică, bazată pe procesele de autoreglare naturală, va fi înlocuită cu o strategie rezonabilă bazată pe principii de prognoză și planificare, reglarea proceselor de dezvoltare naturală. Acest management, fără îndoială, ar trebui să fie doar „moale” și să urmeze doar legile naturii și dezvoltarea societății. Formarea noosferei se poate baza doar pe bunătate și înțelegere interesată, și nu pe violență și voluntarism. Omenirea va trebui să rezolve o mulțime de probleme care sunt dificile pentru vremurile moderne, dar acestea vor fi probleme diferite de cele de astăzi.

Prelegerea nr. 2

Biosferă. Ecosisteme: tipuri și componente.

1. Limitele și structura biosferei.

2. Funcţiile materiei vii.

3. Structura și tipurile de ecosisteme.

4. Componentele biotice ale ecosistemului.

5. Interacțiunea speciilor în ecosisteme.

1. Conform datelor moderne, masa Pământului este de 5,976 10 24 kg, volum - 1,08 1012 km3, suprafața - 510,2 milioane km 2. Dimensiunea și, prin urmare, toate resursele naturale ale planetei noastre sunt limitate. Prin urmare, sarcina principală a omului este menținerea echilibrului ecologic pe planetă.

Planeta noastră are o structură eterogenă și este formată din învelișuri concentrice (geosfere) - interne și externe. Cele interne includ miezul, mantaua, iar cele externe includ litosfera (crusta terestră), hidrosfera, atmosfera și învelișul complex al Pământului - biosfera.

Biosferă – învelișul Pământului, populat de organisme vii, sub influența acestora și ocupat de produsele activității lor vitale (transformate de acestea); sistemul ecologic global al Pământului. A început să se formeze odată cu apariția primelor organisme de pe Pământ. În Groenlanda, cercetătorii au găsit o probă de rocă cu o mică urmă de carbon. Vârsta eșantionului este de peste 8 miliarde de ani. Sursa de carbon a fost cel mai probabil un fel de materie organică - în acest timp și-a pierdut complet structura. Oamenii de știință cred că acest bulgăre de carbon ar putea fi cea mai veche urmă de viață de pe Pământ.

Naturalistul francez Jean Baptiste Lamarck la începutul secolului al XIX-lea. a propus mai întâi conceptul de biosfere, fără a introduce măcar termenul în sine. Termenul de „biosferă” a fost propus de geologul și paleontologul austriac Eduard Suess în 1875. O doctrină cuprinzătoare a biosferei a fost creată de biogeochimistul și filozoful V.I. Vernadsky. Pentru prima dată, el a atribuit organismelor vii rolul principalei forțe transformatoare de pe planeta Pământ, ținând cont de activitățile lor nu numai în prezent, ci și în trecut.

După cum am menționat deja, biosfera este totalitatea tuturor organismelor vii. Adăpostește peste 3 milioane de specii de plante, animale, ciuperci și bacterii. Omul este, de asemenea, parte a biosferei; activitățile sale depășesc multe procese naturale, așa cum spunea V.I. Vernadsky: „Omul devine o forță geologică puternică.”

Biosfera pătrunde în toată hidrosfera, în partea superioară a litosferei și în partea inferioară a atmosferei, adică. locuiește în ecosferă.

Ecosfera – un set de ecosisteme; proprietățile Pământului ca planetă, creând condiții pentru dezvoltarea sistemelor biologice. Spațial, include toate straturile atmosferei, hidrosfera și o parte a litosferei unde viața este posibilă. Termenul a fost propus pentru prima dată de L. Kohl (1958), termenul se găsește și în lucrările lui B. Commoner (1973).

B. Legile ecologiei lui Commoner au fost formulate la începutul anilor 70 ai secolului XX.

Prima lege. Totul este legat de tot. Aceasta este legea ecosistemelor și a biosferei, atrăgând atenția asupra conexiunii universale dintre procese și fenomene din natură. Este destinat să avertizeze oamenii împotriva influenței erupții cutanate asupra părților individuale ale ecosistemelor, care poate duce la consecințe neprevăzute. (de exemplu, drenarea mlaștinilor duce la reducerea adâncimii râurilor).

A doua lege. Totul trebuie să meargă undeva. Aceasta este o lege a activității economice umane, deșeurile din care sunt inevitabile și, prin urmare, este necesar să ne gândim atât la reducerea cantității acestora, cât și la utilizarea lor ulterioară.

A treia lege. Natura „știe” mai bine. Aceasta este legea utilizării rezonabile și conștiente a resurselor naturale. Nu trebuie să uităm că omul este și o specie biologică, că el este o parte a naturii și nu conducătorul ei. Aceasta înseamnă că nu poți încerca să cucerești natura, dar trebuie să cooperezi cu ea. Deși nu avem informații complete despre mecanismele și funcțiile naturii și fără cunoașterea exactă a consecințelor transformării naturii, nicio „îmbunătățire” a acesteia nu este acceptabilă.

A patra lege. Nimic nu vine gratis. Aceasta este legea managementului rațional al mediului. „...Ecosistemul global este o singură entitate în cadrul căreia nimic nu poate fi câștigat sau pierdut și care nu poate face obiectul unei îmbunătățiri generale.” Trebuie să plătiți cu energie pentru tratarea suplimentară a deșeurilor, îngrășământ - pentru creșterea randamentului, sanatorie și medicamente - pentru deteriorarea sănătății umane etc.

Spre deosebire de biosferă, conceptul de ecosferă include o caracteristică a stării mediului în care se află sistemele biologice, precum și zonele în care pot fi găsite organismele vii (inclusiv în afara habitatului lor natural).

Limitele biosferei:

■ limita superioară în atmosferă: 15-20 km. Este determinată de stratul de ozon, care blochează radiațiile ultraviolete cu unde scurte, care sunt dăunătoare organismelor vii;

■ limita inferioară în litosferă: 3,5-7,5 km. Este determinată de temperatura de tranziție a apei în abur și de temperatura de denaturare a proteinelor, dar în general distribuția organismelor vii este limitată la o adâncime de câțiva metri;

■ limita dintre atmosferă şi litosferă în hidrosferă: 10-11 km. Determinat de fundul Oceanului Mondial, inclusiv sedimentele de fund.

Materie vie - întregul ansamblu de corpuri de organisme vii care locuiesc pe Pământ. Materia vie reprezintă aproximativ 0,01% din masa totală a biosferei, dar datorită activității sale chimice și geologice ridicate, ea stă la baza biosferei, a cărei compoziție este determinată de activitatea totală a organismelor vii în prezent și trecut (Tabelul 2.1). Dar aceasta este una dintre cele mai puternice forțe geochimice de pe Pământ, deoarece organismele vii nu doar locuiesc în scoarța terestră, ci transformă aspectul planetei.

Tabelul 2.1

Organismele vii locuiesc foarte neuniform pe suprafața pământului. Distribuția lor depinde de latitudinea geografică.

Nutrient- o substanta creata si prelucrata de un organism viu. În timpul evoluției organice, organismele vii au trecut prin organele, țesuturile, celulele și sângele lor de o mie de ori peste cea mai mare parte a atmosferei, întregul volum al oceanelor lumii și o masă uriașă de minerale. Acest rol geologic al materiei vii poate fi imaginat din depozitele de cărbune, petrol, roci carbonatice etc.

Substanță inertă– produse formate fără participarea organismelor vii. Acestea includ minerale nebiogene și roci formate în principal sau mai adânc decât biosferei (în afara regiunii vieții) sau în interiorul biosferei la o adâncime de câțiva kilometri, fără participarea materiei vii. Exemple de materie inertă sunt rocile magmatice. Rocile și mineralele nebiogene moarte (inerte) în masă sunt de multe ori mai mari decât masa întregii materii vii (vezi Tabelul 2.1).

Substanță bioinertă- o substanță care este creată simultan de organismele vii și procesele inerte, reprezentând sisteme de echilibru dinamic ale ambelor. Acestea sunt solul, nămolul, crusta de intemperii etc. Organismele joacă un rol principal în ele.

Substanță în curs de descompunere radioactivă.

Atomi împrăștiați, creat continuu din tot felul de materie terestra sub influenta radiatiei cosmice.

Substanță de origine cosmică. Materia vie este inseparabilă de biosferă. Este atât o funcție a biosferei, cât și una dintre cele mai puternice forțe geologice de pe planetă, îndeplinind diverse funcții.

2. După cum subliniază A.V. Lapo, clasificarea funcțiilor materiei vii identifică zece funcții principale.

1. Energie funcția este asociată cu stocarea energiei în timpul fotosintezei, transferul acesteia prin lanțurile trofice și disiparea. Funcția energetică a materiei vii este reflectată în două principii biogeochimice formulate de V.I. Vernadsky. În conformitate cu primul dintre ele, energia geochimică biogenă se străduiește să se manifeste maxim în biosferă. Al doilea principiu afirmă că în procesul de evoluție supraviețuiesc acele organisme care cresc energia geochimică cu viața lor.

2. Gaz funcția se manifestă în capacitatea de a modifica și menține o anumită compoziție gazoasă a habitatului și a atmosferei în ansamblu. În special, includerea carbonului în procesele de fotosinteză, și apoi în lanțul trofic, a determinat acumularea acestuia în materie biogenă (reziduuri organice, calcare etc.) Ca urmare a acestui fapt, a avut loc o scădere treptată a conținutului de carbonul și compușii săi, în primul rând dioxidul (C02) din atmosferă de la zeci de procente până la 0,03% modern. Același lucru este valabil și pentru acumularea de oxigen în atmosferă, sinteza ozonului și alte procese.

3. Redox funcția se exprimă în accelerarea, sub influența materiei vii, a proceselor de oxidare (în prezența oxigenului) și de reducere (descompunerea substanțelor organice în absența oxigenului). Procesele de reducere sunt de obicei însoțite de formarea și acumularea de hidrogen sulfurat, precum și de metan. Acest lucru, în special, face ca straturile adânci ale mlaștinilor să fie practic lipsite de viață, precum și coloane importante de apă din fund (de exemplu, în Marea Neagră). Acest proces progresează datorită activității umane.

4. Concentraţie Funcția este capacitatea organismelor vii de a concentra elemente chimice dispersate absorbite din mediu în corpurile lor. Pentru unele metale, de exemplu, manganul, concentrația ajunge la 106. Rezultatul activității de concentrare este depozitele de minerale combustibile, calcare, zăcăminte de minereu etc. Această funcție a materiei vii este studiată cuprinzător de știința biomineralogiei. Organismele concentratoare sunt folosite pentru a rezolva probleme specifice aplicate, de exemplu, pentru a îmbogăți minereurile cu elemente chimice sau compuși de interes pentru oameni.

5. Opus în rezultate împrăștiere funcţia se manifestă prin activităţile de nutriţie şi de transport ale organismelor. De exemplu, dispersia unei substanțe atunci când organismele excretă excremente, moartea organismelor, schimbarea tegumentului etc.

6. Distructiv funcția este distrugerea de către organisme și produsele activității lor vitale, inclusiv după moartea lor, atât a materiei organice moarte, cât și a substanțelor inerte. Mecanismul este asociat cu circulația substanțelor.

7. Transport funcţia se exprimă în transferul de materie ca urmare a unei forme active de mişcare. Adesea, un astfel de transfer se efectuează pe distanțe enorme, de exemplu, în timpul migrațiilor și migrațiilor animalelor.

8. Formarea mediului funcția este capacitatea materiei vii de a schimba parametrii chimici ai mediului în condiții de viață mai favorabile pentru organismele vii. Are ca scop asigurarea condițiilor de viață pentru toți membrii săi, inclusiv pentru oameni; efectuate prin modificări ale compoziției gazoase a atmosferei și ale compoziției chimice a hidrosferei, formarea solului și a rocilor sedimentare, echilibrul substanțelor și energiei din biosferă, refacerea condițiilor de viață perturbate de oameni etc.

9. Reglementarea mediului funcția – reglarea biotică a mediului. Biota (orice colecție spațială de organisme vii) este capabilă să mențină parametrii de mediu importanți la un nivel constant cu mare precizie și pentru o perioadă lungă de timp, în ciuda complexității sistemului reglementat. De exemplu, biota oceanică reglează și stabilizează concentrația de monoxid de carbon (II) CO 2 din atmosferă. Mecanismul acestui regulament este următorul. Concentrația atmosferică de CO 2 este în echilibru cu concentrația sa în stratul de suprafață al oceanului. Biota oceanică, prin reglarea concentrației în stratul de suprafață al oceanului, stabilizează de fapt concentrația în atmosferă.

10. informație funcția materiei vii din biosferă. Odată cu apariția primelor ființe vii primitive au apărut pe planetă informațiile active („vii”), care diferă de acea informație „moartă”, care este o simplă reflectare a structurii. Organismele s-au dovedit a fi capabile să obțină informații prin combinarea fluxului de energie cu o structură moleculară activă care joacă rolul unui program. Capacitatea de a percepe, stoca și procesa informații moleculare a suferit o evoluție rapidă în natură și a devenit cel mai important factor de formare a sistemului ecologic.

Astfel, structura și funcțiile biosferei sunt destul de complexe. Dar este necesar să rețineți principalul lucru: niciuna dintre cochiliile care alcătuiesc biosfera nu se poate dezvolta izolat de celelalte. Orice schimbare calitativă a unuia dintre ele îl afectează în mod adecvat pe celălalt.

Legea universală a echilibrului în biosferă este principiul principal de direcție în dezvoltarea întregii lumi organice și anorganice. Un dezechilibru în acest proces este introdus nu numai (și nu atât de mult) de orice schimbări naturale catastrofale care au loc pe pământ, ci și de activitatea economică umană, care nu numai că poate fi proporțională cu factorii naturali în curs de dezvoltare catastrofale, ci chiar depășește nivelul lor. impact.

3. Obiectele ecologiei sunt predominant sisteme deasupra nivelului organismelor (Fig. 2.1), i.e. studiul organizării și funcționării sistemelor supraorganiste: populații, biocenoze (comunități), biogeocenoze (ecosisteme) și biosfera în ansamblu. Cu alte cuvinte, principalul obiect de studiu în ecologie îl reprezintă ecosistemele, adică. complexe naturale unificate formate din organisme vii și habitatul lor:

Fig 2.1 Structura sistemelor biologice din biosferă

(după I.A. Shilov, 1988)

Organism viu – aceasta este orice formă de activitate de viață. La cursurile de biologie școlară, clasificarea cel mai des folosită este cea care distinge patru regnuri: bacterii, ciuperci, plante și animale. O clasificare mai complexă include și viruși și compuși organici simpli (humus). Dimensiunile plantelor variază de la plante microscopice unicelulare plutitoare cunoscute sub numele de fitoplancton până la cea mai mare dintre toate organismele vii, copacii de sequoia, originari din vestul Americii de Nord. Dimensiunea animalelor poate varia de la cel mai mic zooplancton plutitor la elefantul african de 4 metri și balena albastră de 30 de metri.

Bacteriile nu au un nucleu celular format, așa că sunt unite într-un superregn numit superregnul procariotelor. Plantele, ciupercile și animalele au un nucleu celular format, motiv pentru care sunt, de asemenea, combinate într-un singur superregn, numit superregnul eucariotelor.

Populația - un grup de organisme din aceeași specie care trăiesc pe un anumit teritoriu. Exemple de populații sunt toți basul dintr-un iaz, veverițele obișnuite sau stejarii albi din păduri, populația dintr-o anumită țară sau populația Pământului în ansamblu. Populațiile sunt grupuri dinamice de organisme care se adaptează la schimbările condițiilor de mediu prin modificarea dimensiunii lor, distribuția grupelor de vârstă (structura de vârstă) și compoziția genetică.

Vedere - un set de populații de indivizi ai căror reprezentanți se încrucișează efectiv sau potențial între ei în condiții naturale. Se estimează că în lume există între 3 și 30 de milioane de specii de organisme vii.

Fiecare organism sau populație are propriul habitat (zonă): zona sau tipul de zonă în care trăiesc. Setul de specii de plante, animale și microorganisme unite printr-o zonă comună de distribuție se numește biotă. Exemple sunt toate plantele, animalele, ciupercile, virușii care cresc și trăiesc într-o pădure, iaz, deșert sau acvariu.

Ecosistem – relația comunităților (biocenoza) cu factorii chimici și fizici care creează mediul neînsuflețit (biotopul). Este o rețea (dinamică) în continuă schimbare de interacțiuni biologice, chimice și fizice care mențin vitalitatea comunităților și le ajută să se adapteze la condițiile de mediu în schimbare. Un exemplu este o pădure de foioase din centrul Rusiei, cu o anumită compoziție de așternut forestier, sol caracteristic acestui tip de pădure și o comunitate de plante stabilă și, în consecință, cu indicatori de microclimat strict definiți (temperatură, umiditate, lumină) și un complex de animale care corespunde unor astfel de condiții de mediu organisme.

Ecosistem = Biotop + Biocenoză

Scara sau dimensiunea ecosistemelor din natură este extrem de diversă. Există microecosisteme (o băltoacă, trunchiul unui copac putrezit, cadavrul unui animal cu organismele care îl locuiesc, un acvariu, atâta timp cât există organisme vii în el care pot efectua ciclul), mezoecosisteme (pădure, iaz). , etc.), macroecosisteme (ocean, continent etc.). P.). Există un singur ecosistem global - biosfera. Astfel, ecosistemele mai mari includ ecosisteme de rang inferior.

Conform lui Yu. Odum (1986), există trei grupe de ecosisteme naturale: terestre (biomi), de apă dulce și marine (Fig. 2.2).

Figura 2.2 Principalele tipuri de ecosisteme naturale

Clasificarea se bazează pe anumite caracteristici: pentru terestre - tipul de vegetație, pentru apă dulce - proprietățile fizice ale apei etc.

Atât ecosistemele mari, cât și cele mici, de obicei, nu au granițe clare. Zona de tranziție dintre două ecosisteme adiacente se numește ecoton. Ecotonul include reprezentanți ai speciilor de plante, animale și distrugători ai ambelor ecosisteme adiacente.

Componentele nevii sau abiotice ale unui ecosistem includ diverși factori fizici și chimici. Factorii fizici importanți, după cum știți deja, includ lumina soarelui, umbra, evaporarea, vântul, temperatura și curenții de apă. Principalii factori chimici sunt elementele nutritive și compușii acestora din atmosferă, hidrosferă și scoarța terestră, necesari în cantități mari sau mici pentru existența, creșterea și reproducerea organismelor.

4. Componente biotice Ecosistemele sunt principalele tipuri de organisme care formează componentele vii ale unui ecosistem. În primul rând, toate organismele sunt împărțite în funcție de metoda de nutriție în autotrofe și heterotrofe

1. Organismele autotrofe folosiți surse anorganice pentru existența lor, creând astfel materie organică din anorganice. Astfel de organisme includ plante verzi fotosintetice din medii terestre și acvatice, alge albastre-verzi, unele bacterii chimisintetice etc. Acestea sunt fabrici chimice minunate.

Folosind energia luminoasă, ei sintetizează glucoză din dioxid de carbon și apă, eliberând oxigen ca produs secundar. Prin oxidarea unei părți din glucoză pentru a obține energie chimică suplimentară din restul glucozei și nutrienții extrași din sol, ele formează alte molecule organice complexe și toate țesuturile vegetale, datorită cărora cresc.

Heterotrofele, la rândul lor, în funcție de sursa de substanțe organice finite, sunt împărțite în:

■ saprofite (de exemplu, ciuperci, microorganisme), care consumă materie organică moartă,

După cum puteți vedea, principala diferență dintre heterotrofe și autotrofe este natura chimică a nutrienților de care au nevoie. Esența proceselor lor nutriționale diferă și ea. Organismele autotrofe cheltuiesc energie atunci când transformă substanțele anorganice în substanțe organice; heterotrofele nu cheltuiesc energie atunci când se hrănesc.

Deoarece organismele sunt destul de diverse în tipuri și forme de nutriție, ele intră în interacțiuni trofice complexe (alimentare) între ele, îndeplinind astfel cele mai importante funcții ecologice în comunitățile biotice. Unii dintre ei produc produse, alții le consumă, iar alții le transformă în formă anorganică. Aceștia sunt de obicei împărțiți în producători, consumatori și descompunetori. Această împărțire se bazează pe modul predominant de nutriție al organismelor.

Producătorii(„auto-hrănire”) produc hrană pentru ei înșiși și furnizează hrană tuturor celorlalți - atât consumatori, cât și descompozitori; Acestea sunt plante verzi terestre care produc substanțe organice din cele anorganice.

Consumatori– consumatori de substanțe organice. În funcție de sursele lor alimentare, consumatorii sunt împărțiți în trei clase principale:

■ fitofagii (erbivorele) sunt consumatori de prim ordin, hrănindu-se exclusiv cu plante vii (fie plante întregi, fie organele lor individuale). De exemplu, păsările mănâncă semințe, muguri și frunze. Căprioarele și iepurii de câmp se hrănesc cu ramuri și frunze. Lăcustele și multe alte specii de insecte consumă toate părțile plantelor;

■ prădătorii (carnivore) sunt consumatori de ordinul doi care se hrănesc exclusiv cu ierbivore (fitofagi), precum și consumatorii de ordinul trei care se hrănesc doar cu carnivore. Păianjenii și păsările care mănâncă insecte răpitoare și tonul care se hrănesc cu hering sunt consumatori secundari. Soimul sau soimul care vaneaza serpi si stole, precum si rechinul care se hraneste cu alti pesti, sunt clasificati ca consumatori tertiari;

■ eurifage (omnivore), care pot mânca atât alimente vegetale, cât și animale. Exemple sunt porcii, șobolanii, vulpile, gândacii și oamenii.

Reductorii (reductorii) returnează substanțele din organismele moarte înapoi în natura neînsuflețită, descompunând materia organică în compuși și elemente anorganice simple (CO 2 , NO 2 , H 2 O ). Prin returnarea nutrienților în sol sau în mediul acvatic, ei completează astfel ciclul biochimic. Există două clase principale de descompozitori: detritivori și destructori.

Detritivorele consumă direct organisme moarte sau resturi organice. Acestea includ, de exemplu, crabi, șacali, termite, râme, viermi, centipede, furnici și vulturi.

O mare parte din materia moartă dintr-un ecosistem, în special lemnul mort și frunzele, trece prin stadii de descompunere și degradare, determinând descompunerea moleculelor organice complexe în compuși anorganici mai simpli. Acest proces, care face parte și din lanțul trofic, este realizat de un tip separat de descompozitori - destructori. Destructorii includ două tipuri de organisme - ciuperci și bacterii unicelulare microscopice. La rândul lor, ciupercile și bacteriile sunt o sursă importantă de nutriție pentru organismele vii, cum ar fi viermii și insectele care trăiesc în sol și apă. Reductorii sunt veriga finală în ciclul substanțelor.

5. Nișă ecologică este un complex de toți factorii de mediu fizici, chimici și biologici care sunt necesari pentru ca o anumită specie biologică să trăiască, să crească și să se reproducă într-un ecosistem dat. Conceptul de nișă include și rolul unui organism în ecosistem. O analogie binecunoscută afirmă că habitatul unui organism este „adresa” acestuia în ecosistem, în timp ce nișa ecologică este „ocupația” și „stilul de viață”.

Cunoașterea nișei ecologice ne permite să răspundem la întrebările despre cum, unde și cu ce se hrănește specia, a cui pradă este, cum și unde se odihnește și se reproduce.

Atâta timp cât un ecosistem are suficiente resurse comune, diferite specii le consumă împreună. Cu toate acestea, dacă două sau mai multe specii din același ecosistem încep să consume aceeași resursă rară, ele se vor găsi într-o relație de competiție interspecifică. Nișele lor ecologice se suprapun, cel puțin parțial. Resursele rare pot fi hrana, apa, dioxidul de carbon, lumina soarelui, nutrienții din sol, spațiul de viață, adăpostul sau orice alt factor vital de mediu. Un exemplu de competiție interspecifică este lupta dintre șobolanii cenușii și cei negri, ca urmare a căreia șobolanii gri au înlocuit șobolanii negri de pe un teritoriu mai mare, deoarece aceștia sunt mai bine adaptați existenței.

Interacțiunile intraspecifice înseamnă gruparea animalelor din aceeași specie în grupuri de doi sau mai mulți indivizi. Competiția intraspecifică se manifestă mai ales în comportamentul teritorial al animalelor care își apără locurile; locuri de cuibărit și o zonă cunoscută în zonă. Acestea sunt interacțiunile multor păsări și pești.

Relațiile interspecifice sunt mult mai diverse. Două specii care trăiesc în apropiere pot să nu se influențeze deloc una pe cealaltă, se pot influența reciproc favorabil sau nefavorabil.

Neutralism– ambele tipuri sunt independente și nu au niciun efect unul asupra celuilalt. În acest caz, speciile nu sunt direct legate între ele și nici măcar nu se contactează între ele. De exemplu, bufnițe și vulpi, șerpi și tigri.

Amensalism- sunt relatii biotice in care cresterea unei specii (amensala) este inhibata de catre produsele excretoare ale alteia. Ele sunt cel mai bine studiate în plante și microorganisme, care folosesc diverse substanțe toxice în lupta împotriva concurenților pentru resurse, iar acest fenomen se numește alelopatie. De exemplu, mucegaiurile, aflându-se în același habitat cu E. coli, secretă o substanță care provoacă moartea acesteia din urmă.

Predare- Este atunci când un individ dintr-o specie, numit prădător, se hrănește cu organisme (sau părți ale organismelor) din altă specie, numită pradă, iar prădătorul trăiește separat de pradă. În astfel de cazuri, se spune că cele două specii de organisme sunt implicate într-o relație prădător-pradă. În oceane, unul dintre cei mai periculoși prădători este rechinul. Speciile de pradă folosesc o varietate de mecanisme de apărare pentru a evita să devină pradă ușoară pentru prădători. Unii dintre ei pot alerga sau zbura repede. Alții au pielea groasă sau coaja. Alții au o culoare protectoare sau sunt capabili să-și schimbe culoarea, camuflându-se în mediul înconjurător. Alții eliberează substanțe chimice cu un miros sau un gust care respinge prădătorii sau chiar îi otrăvește.

Prădătorii au, de asemenea, mai multe moduri de a prăda prada. Carnivorele, spre deosebire de ierbivore, sunt de obicei forțate să-și urmărească și să-și depășească hrana. Unii prădători sunt forțați să alerge repede pentru a se hrăni singuri, cum ar fi ghepardul. Alții, cum ar fi hienele pătate, leii și lupii, ating același obiectiv vânând în haite. În condiții naturale, astfel de specii sunt de obicei mai numeroase decât leoparzii, tigrii și panterele, care vânează singure.

Al treilea mod în care prădătorii obțin hrană este prind ca victime în principal bolnavi, răniți și alți indivizi inferiori. O astfel de selecție naturală a indivizilor unei anumite specii aduce beneficii speciei în ansamblu, deoarece limitează răspândirea bolilor în populație și lasă indivizi mai puternici și mai sănătoși pentru reproducere.

A patra cale de a se asigura cu hrana animalelor este calea parcursă de Homo sapiens, calea inventării uneltelor și capcanelor de vânătoare, precum și a domesticirii animalelor.

Comensalism(din latinescul „însoțitor”) se caracterizează prin faptul că una dintre cele două specii (comensal) beneficiază de o astfel de interacțiune, în timp ce cealaltă nu este practic afectată (nici pozitiv, nici negativ). De exemplu, în oceanul deschis, unele specii de lipa se așează direct pe oasele maxilarului balenelor. Ca urmare a unei astfel de conviețuiri, crustaceele dobândesc un adăpost sigur și o sursă stabilă de hrană. Pentru balenă, un astfel de cartier evident nu are niciun beneficiu, dar nici nu dăunează.

Protocooperare– ambele organisme beneficiază de asociere, deși conviețuirea lor nu este necesară pentru supraviețuirea lor. De exemplu, crabi și celenterate: crabul „plantează” pe spate un celenterat, care îl camuflează și îl protejează (are celule înțepătoare), dar, la rândul său, primește bucăți de hrană de la crab și îl folosește ca vehicul.

Mutualismul(din latină „mutuală”) este o formă de simbioză în care fiecare dintre concubitori primește beneficii relativ egale, în timp ce nu pot exista unul fără celălalt. Această formă de conviețuire este favorabilă creșterii și supraviețuirii lor. Relațiile mutuale pot fi urmărite între copacii de conifere și anumite tipuri de ciuperci care cresc pe rădăcinile lor. Ciupercile absorb din rădăcini soluțiile de care au nevoie, îmbogățite cu substanțe nutritive, și în același timp ajută rădăcinile copacilor să extragă apă și elemente minerale din sol. Un exemplu clasic este lichenii - coexistența strânsă a ciupercilor și algelor. Ciuperca protejează algele, iar acestea din urmă o hrănesc.

? Întrebări pentru autocontrol

1. Definiți biosfera.

2. Care este diferența dintre biosferă și ecosferă?

3. Enumerați elementele structurale ale biosferei.

4. Care este rolul „materiei vii” pe Pământ?

5. Oferiți o clasificare a organismelor vii.

6. Ce tipuri de ecosisteme există?

7. În ce două grupe sunt împărțite toate organismele vii în funcție de tipul de nutriție?

8. Cum sunt interconectați producătorii și consumatorii. si descompunetori?

9. Ce este competiția interspecifică și intraspecifică? Ilustrați răspunsul dvs. cu exemple.

10. Explicați cum diferă astfel de tipuri de interacțiuni între specii precum neutralismul, amensalismul și prădarea.

Hammatov Salavat Talgatovici

Introducere

Compoziția și proprietățile biosferei

Solul este o componentă unică a biosferei

Materia vie a biosferei

Biosfera și spațiul

Interacțiunile ecologice ale materiei vii: cine mănâncă ce

Migrația biogenică a atomilor - o proprietate ecosistemică a biosferei

Cum s-a dezvoltat biosfera: cinci dezastre ecologice

Durabilitatea biosferei

Biosfera și om: pericol pentru mediu

Concluzie

Introducere

Astăzi, una dintre cele mai dificile probleme care ne afectează pe fiecare dintre noi se ridică în fața oamenilor în forță. Aceasta este problema conservării vieții pe planetă, supraviețuirea omului ca una dintre speciile unice de ființe vii.

Soluția la această problemă depinde de măsura în care fiecare dintre noi și întreaga umanitate înțelegem împreună „linia interzisă”, pe care omenirea nu trebuie să o depășească sub nicio formă. Această „trăsătură interzisă” sunt legile vieții de pe planetă.

Omul este un locuitor al biosferei. Este biosfera care este învelișul Pământului în care se desfășoară viața umanității ca întreg și a fiecăruia dintre noi.

Biosfera - zona în care trăiesc organismele vii; învelișul Pământului, a cărui compoziție, structură și energie este determinată de activitatea totală a organismelor vii. Limita superioară se extinde până la înălțimea ecranului de ozon (20-25 km), limita inferioară cade cu 1-2 km sub fundul oceanului și în medie 2-3 km pe uscat. Biosfera acoperă partea inferioară a atmosferei, hidrosfera, pedosfera (solul) și partea superioară a litosferei (roci).

Compoziția și proprietățile biosferei

Biosfera, fiind un ecosistem global (ecosferă), ca orice ecosistem, este formată dintr-o parte abiotică și biotică.

Partea abiotică este reprezentată de:

1. Solul și rocile subiacente ale acestuia până la o adâncime în care există încă organisme vii care intră în schimb cu substanța acestor roci și cu mediul fizic al spațiului porilor.
2. Aerul atmosferic până la înălțimi la care sunt încă posibile manifestări ale vieții.
3. Mediul acvatic - oceane, râuri, lacuri etc.
4. temperaturi favorabile: nu prea ridicate pentru ca proteina să nu se coaguleze și nici prea scăzute pentru ca enzimele - acceleratoare ale reacțiilor biochimice - să funcționeze normal,
5. o ființă vie are nevoie de un minim de subzistență de minerale.

Partea biotică este formată din organisme vii din toate taxonii care îndeplinesc cea mai importantă funcție a biosferei, fără de care viața însăși nu poate exista: fluxul biogen al atomilor. Organismele vii realizează acest flux de atomi prin respirația, nutriția și reproducerea lor, asigurând schimbul de materie între toate părțile biosferei.biosfera migrația solului ecosistemul atomic

Migrarea biogenă a atomilor în biosferă se bazează pe două principii biochimice:

Mă străduiesc pentru manifestare maximă, pentru „pretutindeni” vieții;

2 asigură supraviețuirea organismelor, ceea ce crește migrația biogenă în sine.

Aceste tipare se manifestă în primul rând în dorința organismelor vii de a „captura” toate spațiile mai mult sau mai puțin adaptate vieții lor, creând un ecosistem sau o parte din acesta. Dar orice ecosistem are granițe și are propriile sale granițe la scară planetară și biosferă.

Când se consideră biosfera în general ca un ecosistem planetar, ideea materiei sale vii ca o anumită masă vie totală a planetei capătă o semnificație specială. -3-

Compoziția chimică a materiei vii confirmă unitatea naturii - constă din aceleași elemente ca natura neînsuflețită, doar raportul dintre aceste elemente este diferit și structura moleculelor este diferită.

Proprietățile biosferei

Biosfera, ca și alte ecosisteme de rang inferior care o alcătuiesc, se caracterizează printr-un sistem de proprietăți care îi asigură funcționarea, autoreglarea, stabilitatea și alți parametri. Să ne uităm la cele principale.

1. Biosfera este un sistem centralizat.

Elementul său central este organismele vii (materia vie).

2. Biosfera este un sistem deschis. Existența sa este de neconceput fără furnizarea de energie din exterior.

Ea experimentează influența forțelor cosmice, în primul rând activitatea solară.

Biosfera este un sistem de autoreglare. În prezent, această proprietate se numește homeostază, adică capacitatea de a reveni la starea inițială, de a stinge perturbările apărute prin pornirea unui număr de mecanisme.

Pericolul situației ecologice moderne este asociat în primul rând cu faptul că linia homeostaziei mecanice și principiul Le Guiatier-Brown sunt perturbate, dacă nu la nivel planetar, atunci la scară regională largă. Rezultatul este prăbușirea ecosistemelor sau apariția unor sisteme instabile, precum agrocenoza sau complexele urbanizate, care practic sunt lipsite de proprietăți de homeostazie.

Biosfera este un sistem caracterizat printr-o mare diversitate.

Diversitatea este cea mai importantă proprietate a tuturor ecosistemelor. Biosfera este un ecosistem global caracterizat prin cea mai mare diversitate dintre alte sisteme. Diversitatea este considerată principala condiție pentru sustenabilitatea oricărui ecosistem și a biosferei în ansamblu. Această condiție este atât de universală încât a devenit lege.

Cea mai importantă proprietate a biosferei este prezența în ea a mecanismelor care asigură circulația materiei și inepuizabilitatea asociată a elementelor chimice individuale și a compușilor acestora.

La sfârşitul secolului al XIX-lea. Marele naturalist rus V.V. Dokuchaev, prin studiile sale asupra cernoziomului și a altor soluri ale Văii Rusiei și Caucazului, a stabilit că solurile sunt corpuri naturale și, prin caracteristicile și proprietățile lor exterioare, sunt foarte diferite de rocile pe care s-au format. Distribuția lor pe suprafața Pământului este supusă unor modele geografice stricte.

Varietatea solurilor este enormă. Acest lucru se datorează varietății de combinații de factori de formare a solului: roci, vârsta suprafeței, populațiile de plante și animale și relief.

Solul este un corp natural și un mediu de viață deosebit care ia naștere ca urmare a transformării rocilor de la suprafața pământului prin activitatea comună a organismelor vii, apă și aer.

Procesele de formare a solului de pe Pământ sunt procese de creare a materiei organice din sol, de acumulare biologică a acestora și de apariția fertilității, grandioase prin scara și durata lor planetară.

Materia vie a biosferei

„Nu există nicio forță chimică pe suprafața pământului mai puternică în efectele sale finale decât organismele vii luate ca întreg.”

Ce diferențiază în mod fundamental planeta noastră de orice altă planetă din sistemul solar? Realitatea vieții. „Dacă nu ar exista viață pe Pământ, fața ei ar fi la fel de neschimbată și inertă din punct de vedere chimic ca și fața imobilă a Lunii, precum fragmentele inerte ale corpurilor cerești.”

Materia vie a biosferei este totalitatea tuturor organismelor sale vii. Materia vie, în înțelegerea lui Vernadsky, este o formă de materie activă, iar energia ei este mai mare, cu cât masa materiei vii este mai mare. Conceptul de „materie vie” a fost introdus în știință de V.I. Vernadsky a înțeles-o ca totalitatea tuturor organismelor vii de pe planetă.

Care sunt proprietățile materiei vii?

Proprietățile materiei vii

1. Materia vie a biosferei este caracterizată de o energie liberă enormă, care ar putea fi comparată doar cu un flux de lavă de foc, dar energia lavei nu este de lungă durată.
2. În materia vie, datorită prezenței enzimelor, reacțiile chimice au loc de mii și uneori de milioane de ori mai repede decât în ​​materia nevii. Este caracteristic proceselor de viață că substanțele și energia primite de organism sunt procesate și eliberate în cantități mult mai mari.
3. Elementele chimice individuale (proteinele, enzimele și uneori compuși minerali individuali sunt sintetizate numai în organismele vii).
4. Materia vie se străduiește să umple tot spațiul posibil. IN SI. Vernadsky numește două forme specifice de mișcare a materiei vii:

a) pasiv, care se realizează prin reproducere și este inerent atât organismelor animale, cât și vegetale;

b) activ, care se realizează datorită mișcării dirijate a organismelor (o măsură mai mică de caracter pentru plante).

1. Materia vie prezintă o diversitate morfologică și chimică semnificativ mai mare decât materia nevii. În natură, sunt cunoscuți peste 2 milioane de compuși organici care fac parte din materia vie, în timp ce numărul de minerale din materia nevii este de aproximativ 2 mii, adică cu trei ordine de mărime mai mic.
2. Materia vie este reprezentată de corpuri dispersate - organisme individuale, fiecare dintre ele având propria sa geneză, propria sa compoziție genetică. Dimensiunea organismelor individuale variază de la 2 nm cel mai mic până la 100 m (interval mai mare de 109).
3. Principiul Redi (academician, medic și naturalist florentin, 1626-1697) „toate ființele vii din ființe vii” este o trăsătură distinctivă a materiei vii care există pe Pământ sub forma unei alternanțe continue de generații și se caracterizează prin

legătura genetică cu materia vie din toate erele geologice trecute. Substanțele abiogene nevii, așa cum se știe, intră în biosferă din spațiu și sunt, de asemenea, efectuate în porțiuni din învelișul globului. Ele pot fi similare ca compoziție, dar în general nu au nicio legătură genetică. „Principiul Redi... nu indică

imposibilitatea abiogenezei în afara biosferei sau la stabilirea prezenței în biosferă (acum sau mai devreme) a unor fenomene fizico-chimice care nu au fost acceptate în definiția științifică a acestei forme de organizare a învelișului pământului.”

1. Materia vie, reprezentată de organisme specifice, spre deosebire de materia nevie, desfășoară o muncă extraordinară de-a lungul vieții sale istorice.

Biosfera și spațiul

Pământul este o planetă unică; se află la singura distanță posibilă de Soare, ceea ce determină temperatura suprafeței Pământului la care apa poate fi în stare lichidă.

Pământul primește o cantitate imensă de energie de la soare și, în același timp, menține o temperatură aproximativ constantă. Aceasta înseamnă că planeta noastră emite în spațiu aproape aceeași cantitate de energie pe care o primește din spațiu: afluxul și ieșirea trebuie echilibrate, altfel sistemul își va pierde într-o zi stabilitatea. Pământul fie se va încălzi, fie se va îngheța și se va transforma într-un corp fără viață.

Biosfera este strâns legată de spațiu. Fluxurile de energie care intră pe Pământ creează condiții care susțin viața. Câmpul magnetic și scutul de ozon protejează planeta de radiațiile cosmice excesive și radiațiile solare intense. Radiația cosmică care ajunge în biosferă asigură fotosinteza și afectează activitatea ființelor vii.

Planeta Pământ diferă de alte planete prin faptul că biosfera sa conține o substanță sensibilă la fluxul radiației solare - clorofila. Este clorofila cea care asigură conversia energiei electromagnetice din radiația solară în energie chimică, cu ajutorul căreia are loc procesul de reducere a oxizilor de carbon și azot în reacțiile de biosinteză.

Într-o plantă verde are loc fotosinteza - procesul de producere a carbohidraților din apă și dioxid de oxigen (care se află în aer sau apă). În acest caz, oxigenul este eliberat ca produs secundar. Plantele verzi sunt clasificate ca autotrofi- organisme care preiau toate elementele chimice de care au nevoie pentru viață din materia inertă care le înconjoară și nu necesită compuși organici gata preparati ai altui organism pentru a-și construi corpul. Principala sursă de energie folosită de autotrofi este Soarele. Heterotrofe- acestea sunt organisme care au nevoie de materie organica formata de alte organisme pentru alimentatia lor.

Heterotrofei transformă treptat materia organică formată de autotrofe, aducând-o la starea inițială - minerală.

Funcția distructivă (distructivă) este îndeplinită de reprezentanții fiecăruia dintre regnurile materiei vii - dezintegrare, descompunere - o proprietate integrală a metabolismului fiecărui organism viu. Plantele formează materie organică și sunt cei mai mari producători de carbohidrați de pe Pământ; dar eliberează și oxigenul necesar vieții ca produs secundar al fotosintezei.

În timpul procesului de respirație, în corpurile tuturor speciilor vii se formează dioxid de carbon, pe care plantele îl folosesc din nou pentru fotosinteză. Există și specii de viețuitoare pentru care distrugerea materiei organice moarte este o metodă de nutriție. Există organisme cu un tip mixt de nutriție, se numesc mixotrofe.

În biosferă, au loc procese care transformă materia anorganică, inertă în materie organică și rearanjarea inversă a materiei organice în materie minerală. Mișcarea și transformarea substanțelor în biosferă se realizează cu participarea directă a materiei vii, toate tipurile fiind specializate în diferite metode de nutriție.

Cantitatea finită de materie care există în biosferă a dobândit proprietatea infinitului prin ciclul substanțelor.

Imaginea ciclului materiei din biosferă este creată de roata unei mori de apă. Cu toate acestea, pentru ca roata să se rotească, este nevoie de un flux constant de apă. În mod similar, fluxul de energie solară care vine din spațiu transformă „roata vieții” pe planeta noastră. Cât de repede se învârte roata? În timpul ciclurilor biogeochimice, atomii majorității elementelor chimice au trecut prin o ființă vie de nenumărate ori. De exemplu, tot oxigenul din atmosferă „se întoarce” prin materia vie în 2000 de ani, dioxidul de carbon în 200-300 de ani și toată apa din biosferă în 2 milioane de ani.

Materia vie este un receptor perfect de energie solară.

Energia absorbită și utilizată în reacția de fotosinteză și apoi stocată ca energie chimică a carbohidraților este foarte mare, se raportează că este comparabilă cu energia consumată de 100 de mii de orașe mari de-a lungul a 100 de ani. Heterotrofii folosesc materia organică a plantelor ca hrană: materia organică este oxidată de oxigen, care este livrat organismului de către organele respiratorii, cu formarea de dioxid de carbon - reacția merge în direcția opusă. Astfel, ceea ce face viața „eternă” este existența simultană a autotrofilor și heterotrofelor.

Faptele și raționamentul despre „roata vieții” din biosferă dau dreptul de a vorbi despre legea migrației biogenice a atomilor, care a fost formulată de V.I. Vernadsky: migrarea elementelor chimice de pe suprafața pământului și în biosferă în ansamblu are loc fie cu participarea directă a materiei vii, fie are loc în mediu,

ale căror caracteristici geochimice sunt determinate de materia vie, atât cea care locuiește acum în biosferă, cât și cea care a acționat asupra Pământului de-a lungul istoriei geologice.

Materia vie de diferite regate si diferite tipuri asigura circulatia continua a substantelor si transformarea energiei. Aceasta relevă legea migrației biogene a atomilor V.I. Vernadsky: în biosferă, migrarea elementelor chimice are loc cu participarea directă obligatorie a organismelor vii. Migrația biogenă a atomilor asigură continuitatea vieții în biosferă cu o cantitate finită de materie și un flux constant de energie.

De când fondatorii paleontologiei moderne au descoperit că sedimentele fosilizate ne permit să citim calea dezvoltării vieții, am aflat că lumea organică de pe Pământ a trăit de mai multe ori evenimente tragice care au dus la distrugerea aproape completă a vieții de pe planetă. În ultimii 500 de milioane de ani, Pământul s-a dovedit în mod neașteptat a fi grav bolnav de mai multe ori și odată - asta a fost acum 250 de milioane de ani - viața pe Pământ aproape a încetat.

Experții identifică cinci dezastre majore pe care le-a experimentat biosfera: perioada carboniferă, perioada Permian, Triasic, Jurasic și Cretacic. Fiecare dintre catastrofe a dus la dezvoltarea materiei vii: o adaptare mai completa la mediu; apariția mai multor specii; pătrunderea lor în noi condiţii de viaţă.

Cu fiecare catastrofă care are loc în biosferă, împreună cu masa de specii învinse, vedem și câștigători. La început au fost foarte puțini, dar au știut să „culese” roadele victoriei, umplând spațiul eliberat cu ai lor. Cu toate acestea, nici o specie nouă nu poate fi acuzată că a fost implicată în catastrofa însăși de dragul prosperității speciei sau familiei sale. Cataclismele au avut loc din motive cosmice sau pur pământești, datorită particularităților dezvoltării materiei vii, când unele părți ale acesteia au fost asuprite sau complet șterse de pe fața planetei de către altele care nu s-au putut adapta la condițiile naturale schimbate.

Dezvoltarea materiei vii în biosferă - o creștere a nivelului de organizare a acesteia și a gradului de adaptabilitate la mediu - s-a produs prin catastrofe - schimbări bruște în mediul abiotic. Contradicțiile dintre componentele abiotice și biotice stabilite ale biosferei în timpul schimbărilor de mediu care au fost bruște pentru timpul geologic au fost rezolvate de fiecare dată datorită diversității și variabilității materiei vii a biosferei. Materia vie a păstrat întotdeauna viața în biosferă datorită supraviețuirii unor specii mai adaptate.

Durabilitatea biosferei

Bogăția lumii vii l-a fascinat și încântat pe om din cele mai vechi timpuri. Diversitatea speciilor nu epuizează toată diversitatea biologică. În cadrul fiecărei specii, populațiile și indivizii acesteia, inclusiv oamenii, variază genetic într-o măsură mult mai mare decât se credea anterior. Doi indivizi selectați aleatoriu vor diferi în sute, poate mii de diferențe cromozomiale. Astfel de diferențe sunt foarte importante, multe dintre ele sunt asociate cu sensibilitatea la modificările parametrilor de mediu, determină adaptabilitatea sau chiar posibilitatea de supraviețuire a organismelor individuale, amintind că selecția naturală continuă.

Cum asigură diversitatea biologică durabilitatea biosferei? Răspunsul este simplu: prin multe relații și interacțiuni, atât între ele, cât și cu materie indirectă. Biosfera are un set mare de procese de reglare prin feedback și, în consecință, un set de procese ciclice care îi permit să compenseze condițiile în schimbare. Prin urmare, biosfera face față relativ ușor sarcinilor de reglare automată a condițiilor de viață de care are nevoie.

Stabilitatea ecosistemului global este asigurată de redundanța componentelor sale funcționale. Dacă există mai multe tipuri de autotrofe într-un ecosistem, fiecare dintre ele având propriile condiții optime de temperatură pentru fotosinteză, atunci rata totală a fotosintezei poate rămâne neschimbată atunci când temperatura fluctuează.

Adaptabilitatea biosferei la schimbările condițiilor externe este un proces ordonat în care o specie poate fi înlocuită cu alta și, în același timp, este un flux de echilibre dinamice schimbătoare. Diversitatea biologică a biosferei asigură un ciclu biochimic continuu al fluxurilor de materie și energie, menținând legăturile tuturor geosferelor: atmosferă, litosferă, hidrosferă, creând integritatea mediului natural.

Lumea știe deja despre pericolul care o amenință. Și de această dată este cunoscută creatura vie responsabilă pentru catastrofa care se apropie - Uman. Apariția sa a fost precedată de o lungă perioadă în care strămoșii lui Homosapiens - hominidele au apărut, au evoluat și au făcut loc unul altuia. Ei s-au dezvoltat și au trăit în fluxul general al vieții, au fost participanți la ea și au avut o întreagă gamă de nevoi și instincte absolut necesare vieții și evoluției. Toate acestea au făcut ca fluxul vieții, pe de o parte, să fie holistic, ușor vulnerabil în legăturile individuale și, pe de altă parte, bine autoprotejat și protejat de sistem.

Mileniile au trecut, marile civilizații create de om au apărut și au murit. Toată splendoarea civilizației moderne - abundența și varietatea de mărfuri, transport, zboruri spațiale, posibilitatea ca un număr mare de oameni să se angajeze în

știință, artă și, în cele din urmă, o bătrânețe sigură - toate acestea sunt o consecință a cantității uriașe de energie artificială pe care umanitatea a început acum să o producă. Nu trăim din energia Soarelui, ca și plantele și animalele, ci consumăm rezerve de carbon - petrol, cărbune, gaze, șist, care au fost acumulate de biosferele trecute de-a lungul a sute de milioane de ani.

Dar ce se întâmplă cu balanța termică a planetei? Energia artificială este disipată și utilizată pentru a încălzi Pământul, suprafața sa solidă, oceanul și atmosfera. Va veni vremea când energia artificială va începe să afecteze structura echilibrului termic al planetei.

Astfel, ideea larg răspândită că o creștere a cantității de energie produsă de oameni este întotdeauna bună necesită și o revizuire: o creștere a temperaturii medii a planetei cu 4-5 grade amenință omenirea cu un dezastru ecologic. Și aici există o linie care nu poate fi depășită.

Nu este deloc ușor de prezis din timp, chiar și în termeni cei mai generali, rezultatele unei astfel de încălziri. Pe măsură ce temperatura medie crește, diferența de temperatură dintre ecuator și pol scade. Și acesta este motorul principal, datorită căruia atmosfera se mișcă, transferând căldură din zonele ecuatoriale către cele polare. Dacă diferența de temperatură crește, atunci intensitatea circulației atmosferice crește. Dacă scade, circulația atmosferică devine mai lentă și transferul de umiditate scade. Aceasta înseamnă că zonele aride devin și mai uscate, iar productivitatea biotei scade.

În secolul trecut, celebrul geograf, climatolog, geofizician profesor A.I. Voikov, fondatorul primului observator geofizic din Rusia, a formulat o lege binecunoscută: cald în Nord - uscat în Sud. Această lege, care se numește acum legea lui Voikov, rezumă mulți ani de observații. Ori de câte ori, în timpul schimbării ciclice a temperaturilor medii din nord, începe să se încălzească, numărul de ani secetoși crește în regiunea Volga, Kazahstan și alte zone din sud-estul Eurasiei. Vegetația din deșerturi și semi-deșerturi răspunde în mod deosebit sensibil la modificările precipitațiilor.

Omul caută modalități de a-și limita impactul nociv asupra naturii, deoarece și-a dat seama că depinde de starea biosferei. Oamenii și-au dat seama că activitățile lor trebuie să se schimbe radical și să respecte legile naturale ale biosferei, în limitele cărora doar toată activitatea vieții poate avea loc.

Am urmărit un singur fenomen care confirmă că o persoană este acum capabilă să treacă foarte ușor acea „linie fatală”, acea linie dincolo de care vor începe procese ireversibile de schimbare a condițiilor sale de existență. Biosfera va începe să treacă la o nouă stare și s-ar putea să nu existe loc pentru oameni în noua ei stare. De aceea, omenirea trebuie să fie capabilă să prevadă rezultatele acțiunilor sale și să știe unde se află „linia interzisă”, separând posibilitatea dezvoltării ulterioare a civilizației de dispariția ei mai mult sau mai puțin rapidă.

Fiecare specie biologică (și oamenii nu fac excepție) poate trăi în limitele destul de înguste ale mediului la care este adaptată genetic. Dacă mediul de viață se schimbă mai repede decât poate avea loc adaptarea sau reorganizarea speciei într-o nouă formațiune, organismul se stinge inevitabil.

Învelișul materiei vii de pe planetă se schimbă dramatic. Se micșorează și se subțiază. Chiar și într-un sens pur mecanic, pădurile dispar, solurile negre se degradează etc. Fundația atât a mediului imediat al vieții sale, cât și a dezvoltării economice dispare de sub picioarele umanității.

În prezent, procesul de epuizare a materiei vii și de dispariție a speciilor vii este de zece, și în unele cazuri chiar de o sută de ori mai intens decât dispariția dinozaurilor în urmă cu 65 de milioane de ani. Speciile nu doar dispar, întreaga structură a materiei vii se schimbă. Animalele și plantele mari sunt înlocuite cu altele mai mici: ungulate - rozătoare, rozătoare - insecte erbivore.

Pierderile în compoziția materiei vii pot duce la distrugerea de urgență a sistemului biogeochimic al planetei. Distorsiunea globală a ciclurilor biogeochimice amenință că natura va deveni diferită, nu cea la care economia modernă este adaptată. Va fi nevoie de o revizie majoră. Ca urmare a impactului uman actual, descendenții sunt amenințați cu sărăcia resurselor naturale și epuizarea resurselor naturale.Umanitatea trebuie să păstreze diversitatea biologică a biosferei, deoarece reducerea acesteia duce la perturbarea proceselor biosferei și la schimbări catastrofale ale condițiilor de viață de pe planetă.

Concluzie

Planeta noastră este unică pentru că există viață pe ea. Viața pătrunde nu numai în elementele de apă și aer, ci și de suprafața pământului. Viața pe Pământ este reprezentată de materia vie, care este formată din milioane de specii și miliarde de indivizi. Materia vie, întreaga diversitate biologică a Pământului, este protejată de razele cosmice de câmpul geomagnetic și de scutul de ozon. Toate formele și manifestările de viață nu există de la sine; ele sunt conectate prin relații complexe într-un singur complex de viață - . Aceste relații și conexiuni în natura vie sunt uimitoare! Fiecare grup de specii înrudite care formează un regn joacă un rol specific în ciclul substanțelor: crearea, transformarea, distrugerea substanțelor organice.

Principala sursă de energie din biosferă este Soarele. Ciclul biogenic al substanțelor nu permite întreruperea vieții de pe planeta Pământ. Ființele vii ale biosferei au transformat compoziția chimică a aerului, apei, solului, au determinat compoziția lor modernă, au influențat formarea mineralelor și rocilor și relieful Pământului. Biosfera este mediul vieții și rezultatul activității vieții.

Una dintre principalele sarcini ale secolului XXI, la care ecologia trebuie să aducă o contribuție semnificativă, este realizarea armoniei dintre om și natură.

Descarca:

Previzualizare:

Școala secundară Srednitiganskaya

Rezumat pe tema: Biosfera ca sistem ecologic

Completat de elevul de clasa a XI-a Khammatov Salavat Talgatovich.

Profesor: Bayazitov R.Z.

2013

Introducere

Compoziția și proprietățile biosferei

Solul este o componentă unică a biosferei

Materia vie a biosferei

Biosfera și spațiul

Interacțiunile ecologice ale materiei vii: cine mănâncă ce

Migrația biogenică a atomilor - o proprietate ecosistemică a biosferei

Cum s-a dezvoltat biosfera: cinci dezastre ecologice

Durabilitatea biosferei

Biosfera și om: pericol pentru mediu

Concluzie

Introducere

Astăzi, una dintre cele mai dificile probleme care ne afectează pe fiecare dintre noi se ridică în fața oamenilor în forță. Aceasta este problema conservării vieții pe planetă, supraviețuirea omului ca una dintre speciile unice de ființe vii.

Soluția la această problemă depinde de măsura în care fiecare dintre noi și întreaga umanitate înțelegem împreună „linia interzisă”, pe care omenirea nu trebuie să o depășească sub nicio formă. Această „trăsătură interzisă” sunt legile vieții de pe planetă.

Omul este un locuitor al biosferei. Este biosfera care este învelișul Pământului în care se desfășoară viața umanității ca întreg și a fiecăruia dintre noi.

Biosfera - zona în care trăiesc organismele vii; învelișul Pământului, a cărui compoziție, structură și energie este determinată de activitatea totală a organismelor vii. Limita superioară se extinde până la înălțimea ecranului de ozon (20-25 km), limita inferioară cade cu 1-2 km sub fundul oceanului și în medie 2-3 km pe uscat. Biosfera acoperă partea inferioară a atmosferei, hidrosfera, pedosfera (solul) și partea superioară a litosferei (roci).

Compoziția și proprietățile biosferei

Biosfera, fiind un ecosistem global (ecosferă), ca orice ecosistem, este formată dintr-o parte abiotică și biotică.

Partea abiotică este reprezentată de:

1. Solul și rocile subiacente ale acestuia până la o adâncime în care există încă organisme vii care intră în schimb cu substanța acestor roci și cu mediul fizic al spațiului porilor.

1. Aerul atmosferic până la înălțimi la care sunt încă posibile manifestări ale vieții.

1. Mediul acvatic - oceane, râuri, lacuri etc.
2. temperaturi favorabile: nu prea ridicate pentru ca proteina să nu se coaguleze și nici prea scăzute pentru ca enzimele - acceleratoare ale reacțiilor biochimice - să funcționeze normal,
3. o ființă vie are nevoie de un minim de subzistență de minerale.

Partea biotică este formată din organisme vii din toate taxonii care îndeplinesc cea mai importantă funcție a biosferei, fără de care viața însăși nu poate exista: fluxul biogen al atomilor. Organismele vii realizează acest flux de atomi prin respirația, nutriția și reproducerea lor, asigurând schimbul de materie între toate părțile biosferei.biosferă migrația solului ecosistem atomic

Migrarea biogenă a atomilor în biosferă se bazează pe două principii biochimice:

Mă străduiesc pentru manifestare maximă, pentru „pretutindeni” vieții;

2 asigură supraviețuirea organismelor, ceea ce crește migrația biogenă în sine.

Aceste tipare se manifestă în primul rând în dorința organismelor vii de a „captura” toate spațiile mai mult sau mai puțin adaptate vieții lor, creând un ecosistem sau o parte din acesta. Dar orice ecosistem are granițe și are propriile sale granițe la scară planetară și biosferă.

Când se consideră biosfera în general ca un ecosistem planetar, ideea materiei sale vii ca o anumită masă vie totală a planetei capătă o semnificație specială. -3-

Compoziția chimică a materiei vii confirmă unitatea naturii - constă din aceleași elemente ca natura neînsuflețită, doar raportul dintre aceste elemente este diferit și structura moleculelor este diferită.

Proprietățile biosferei

Biosfera, ca și alte ecosisteme de rang inferior care o alcătuiesc, se caracterizează printr-un sistem de proprietăți care îi asigură funcționarea, autoreglarea, stabilitatea și alți parametri. Să ne uităm la cele principale.

1. Biosfera este un sistem centralizat.

Elementul său central este organismele vii (materia vie).

2. Biosfera este un sistem deschis. Existența sa este de neconceput fără furnizarea de energie din exterior.

Ea experimentează influența forțelor cosmice, în primul rând activitatea solară.

Biosfera este un sistem de autoreglare. În prezent, această proprietate se numește homeostază, adică capacitatea de a reveni la starea inițială, de a stinge perturbările apărute prin pornirea unui număr de mecanisme.

Pericolul situației ecologice moderne este asociat în primul rând cu faptul că linia homeostaziei mecanice și principiul Le Guiatier-Brown sunt perturbate, dacă nu la nivel planetar, atunci la scară regională largă. Rezultatul este prăbușirea ecosistemelor sau apariția unor sisteme instabile, precum agrocenoza sau complexele urbanizate, care practic sunt lipsite de proprietăți de homeostazie.

Biosfera este un sistem caracterizat printr-o mare diversitate.

Diversitatea este cea mai importantă proprietate a tuturor ecosistemelor. Biosfera este un ecosistem global caracterizat prin cea mai mare diversitate dintre alte sisteme. Diversitatea este considerată principala condiție pentru sustenabilitatea oricărui ecosistem și a biosferei în ansamblu. Această condiție este atât de universală încât a devenit lege.

Cea mai importantă proprietate a biosferei este prezența în ea a mecanismelor care asigură circulația materiei și inepuizabilitatea asociată a elementelor chimice individuale și a compușilor acestora.

Solul este o componentă unică a biosferei

La sfârşitul secolului al XIX-lea. marele naturalist rus V.V. Dokuchaev, prin studiile sale asupra cernoziomului și a altor soluri ale Văii Rusiei și Caucazului, a stabilit că solurile sunt corpuri naturale și în exteriorul lor.caracteristicile și proprietățile sunt foarte diferite de rocile pe care s-au format. Distribuția lor pe suprafața Pământului este supusă unor modele geografice stricte.

Varietatea solurilor este enormă. Acest lucru se datorează varietății de combinații de factori de formare a solului: roci, vârsta suprafeței, populațiile de plante și animale și relief.

Solul este un corp natural și un mediu de viață deosebit care ia naștere ca urmare a transformării rocilor de la suprafața pământului prin activitatea comună a organismelor vii, apă și aer.

Procesele de formare a solului de pe Pământ sunt procese de creare a materiei organice din sol, de acumulare biologică a acestora și de apariția fertilității, grandioase prin scara și durata lor planetară.

Materia vie a biosferei

„Nu există nicio forță chimică pe suprafața pământului mai puternică în efectele sale finale decât organismele vii luate ca întreg.”

Ce diferențiază în mod fundamental planeta noastră de orice altă planetă din sistemul solar? Realitatea vieții. „Dacă nu ar exista viață pe Pământ, fața ei ar fi la fel de neschimbată și inertă din punct de vedere chimic ca și fața imobilă a Lunii, precum fragmentele inerte ale corpurilor cerești.”

Materia vie a biosferei este totalitatea tuturor organismelor sale vii. Materia vie, în înțelegerea lui Vernadsky, este o formă de materie activă, iar energia ei este mai mare, cu cât masa materiei vii este mai mare. Conceptul de „materie vie” a fost introdus în știință de V.I. Vernadsky a înțeles-o ca totalitatea tuturor organismelor vii de pe planetă.

Care sunt proprietățile materiei vii?

Proprietățile materiei vii

1. Materia vie a biosferei este caracterizată de o energie liberă enormă, care ar putea fi comparată doar cu un flux de lavă de foc, dar energia lavei nu este de lungă durată.

1. În materia vie, datorită prezenței enzimelor, reacțiile chimice au loc de mii și uneori de milioane de ori mai repede decât în ​​materia nevii. Este caracteristic proceselor de viață că substanțele și energia primite de organism sunt procesate și eliberate în cantități mult mai mari.

1. Elementele chimice individuale (proteinele, enzimele și uneori compuși minerali individuali sunt sintetizate numai în organismele vii).

1. Materia vie se străduiește să umple tot spațiul posibil. IN SI. Vernadsky numește două forme specifice de mișcare a materiei vii:

a) pasiv, care se realizează prin reproducere și este inerent atât organismelor animale, cât și vegetale;

b) activ, care se realizează datorită mișcării dirijate a organismelor (o măsură mai mică de caracter pentru plante).

1. Materia vie prezintă o diversitate morfologică și chimică semnificativ mai mare decât materia nevii. În natură, sunt cunoscuți peste 2 milioane de compuși organici care fac parte din materia vie, în timp ce numărul de minerale din materia nevii este de aproximativ 2 mii, adică cu trei ordine de mărime mai mic.

1. Materia vie este reprezentată de corpuri dispersate - organisme individuale, fiecare dintre ele având propria sa geneză, propria sa compoziție genetică. Dimensiunea organismelor individuale variază de la 2 nm cel mai mic până la 100 m (interval mai mare de 109).

1. Principiul Redi (academician, medic și naturalist florentin, 1626-1697) „toate ființele vii din ființe vii” este o trăsătură distinctivă a materiei vii care există pe Pământ sub forma unei alternanțe continue de generații și se caracterizează prin

legătura genetică cu materia vie din toate erele geologice trecute. Substanțele abiogene nevii, așa cum se știe, intră în biosferă din spațiu și sunt, de asemenea, efectuate în porțiuni din învelișul globului. Ele pot fi similare ca compoziție, dar în general nu au nicio legătură genetică. „Principiul Redi... nu indică

imposibilitatea abiogenezei în afara biosferei sau la stabilirea prezenței în biosferă (acum sau mai devreme) a unor fenomene fizico-chimice care nu au fost acceptate în definiția științifică a acestei forme de organizare a învelișului pământului.”

1. Materia vie, reprezentată de organisme specifice, spre deosebire de materia nevie, desfășoară o muncă extraordinară de-a lungul vieții sale istorice.

Biosfera și spațiul

Pământul este o planetă unică; se află la singura distanță posibilă de Soare, ceea ce determină temperatura suprafeței Pământului la care apa poate fi în stare lichidă.

Pământul primește o cantitate imensă de energie de la soare și, în același timp, menține o temperatură aproximativ constantă. Aceasta înseamnă că planeta noastră emite în spațiu aproape aceeași cantitate de energie pe care o primește din spațiu: afluxul și ieșirea trebuie echilibrate, altfel sistemul își va pierde într-o zi stabilitatea. Pământul fie se va încălzi, fie se va îngheța și se va transforma într-un corp fără viață.

Biosfera este strâns legată de spațiu. Fluxurile de energie care intră pe Pământ creează condiții care susțin viața. Câmpul magnetic și scutul de ozon protejează planeta de radiațiile cosmice excesive și radiațiile solare intense. Radiația cosmică care ajunge în biosferă asigură fotosinteza și afectează activitatea ființelor vii.

Interacțiunile ecologice ale materiei vii: cine mănâncă ce

Planeta Pământ diferă de alte planete prin faptul că biosfera sa conține o substanță sensibilă la fluxul radiației solare - clorofila. Este clorofila cea care asigură conversia energiei electromagnetice din radiația solară în energie chimică, cu ajutorul căreia are loc procesul de reducere a oxizilor de carbon și azot în reacțiile de biosinteză.

Într-o plantă verde are loc fotosinteza - procesul de producere a carbohidraților din apă și dioxid de oxigen (care se află în aer sau apă). În acest caz, oxigenul este eliberat ca produs secundar. Plantele verzi sunt clasificate ca autotrofi - organisme care preiau toate elementele chimice de care au nevoie pentru viață din materia inertă care le înconjoară și nu necesită compuși organici gata preparati ai altui organism pentru a-și construi corpul. Principala sursă de energie folosită de autotrofi este Soarele. Heterotrofe - acestea sunt organisme care au nevoie de materie organica formata de alte organisme pentru alimentatia lor.

Heterotrofei transformă treptat materia organică formată de autotrofe, aducând-o la starea inițială - minerală.

Funcția distructivă (distructivă) este îndeplinită de reprezentanții fiecăruia dintre regnurile materiei vii - dezintegrare, descompunere - o proprietate integrală a metabolismului fiecărui organism viu. Plantele formează materie organică și sunt cei mai mari producători de carbohidrați de pe Pământ; dar eliberează și oxigenul necesar vieții ca produs secundar al fotosintezei.

În timpul procesului de respirație, în corpurile tuturor speciilor vii se formează dioxid de carbon, pe care plantele îl folosesc din nou pentru fotosinteză. Există și specii de viețuitoare pentru care distrugerea materiei organice moarte este o metodă de nutriție. Există organisme cu un tip mixt de nutriție, se numesc mixotrofe.

În biosferă, au loc procese care transformă materia anorganică, inertă în materie organică și rearanjarea inversă a materiei organice în materie minerală. Mișcarea și transformarea substanțelor în biosferă se realizează cu participarea directă a materiei vii, toate tipurile fiind specializate în diferite metode de nutriție.

Migrația biogenică a atomilor - o proprietate ecosistemică a biosferei

Cantitatea finită de materie care există în biosferă a dobândit proprietatea infinitului prin ciclul substanțelor.

Imaginea ciclului materiei din biosferă este creată de roata unei mori de apă. Cu toate acestea, pentru ca roata să se rotească, este nevoie de un flux constant de apă. În mod similar, fluxul de energie solară care vine din spațiu transformă „roata vieții” pe planeta noastră. Cât de repede se învârte roata? În timpul ciclurilor biogeochimice, atomii majorității elementelor chimice au trecut prin o ființă vie de nenumărate ori. De exemplu, tot oxigenul din atmosferă „se întoarce” prin materia vie în 2000 de ani, dioxidul de carbon în 200-300 de ani și toată apa din biosferă în 2 milioane de ani.

Materia vie este un receptor perfect de energie solară.

Energia absorbită și utilizată în reacția de fotosinteză și apoi stocată ca energie chimică a carbohidraților este foarte mare, se raportează că este comparabilă cu energia consumată de 100 de mii de orașe mari de-a lungul a 100 de ani. Heterotrofii folosesc materia organică a plantelor ca hrană: materia organică este oxidată de oxigen, care este livrat organismului de către organele respiratorii, cu formarea de dioxid de carbon - reacția merge în direcția opusă. Astfel, ceea ce face viața „eternă” este existența simultană a autotrofilor și heterotrofelor.

Faptele și raționamentul despre „roata vieții” din biosferă dau dreptul de a vorbi despre legea migrației biogenice a atomilor, care a fost formulată de V.I. Vernadsky: migrarea elementelor chimice de pe suprafața pământului și în biosferă în ansamblu are loc fie cu participarea directă a materiei vii, fie are loc în mediu,

ale căror caracteristici geochimice sunt determinate de materia vie, atât cea care locuiește acum în biosferă, cât și cea care a acționat asupra Pământului de-a lungul istoriei geologice.

Materia vie de diferite regate si diferite tipuri asigura circulatia continua a substantelor si transformarea energiei. Aceasta relevă legea migrației biogene a atomilor V.I. Vernadsky: în biosferă, migrarea elementelor chimice are loc cu participarea directă obligatorie a organismelor vii. Migrația biogenă a atomilor asigură continuitatea vieții în biosferă cu o cantitate finită de materie și un flux constant de energie.

Cum s-a dezvoltat biosfera: cinci dezastre ecologice

De când fondatorii paleontologiei moderne au descoperit că sedimentele fosilizate ne permit să citim calea dezvoltării vieții, am aflat că lumea organică de pe Pământ a trăit de mai multe ori evenimente tragice care au dus la distrugerea aproape completă a vieții de pe planetă. În ultimii 500 de milioane de ani, Pământul s-a dovedit în mod neașteptat a fi grav bolnav de mai multe ori și odată - asta a fost acum 250 de milioane de ani - viața pe Pământ aproape a încetat.

Experții identifică cinci dezastre majore pe care le-a experimentat biosfera: perioada carboniferă, perioada Permian, Triasic, Jurasic și Cretacic. Fiecare dintre catastrofe a dus la dezvoltarea materiei vii: o adaptare mai completa la mediu; apariția mai multor specii; pătrunderea lor în noi condiţii de viaţă.

Cu fiecare catastrofă care are loc în biosferă, împreună cu masa de specii învinse, vedem și câștigători. La început au fost foarte puțini, dar au știut să „culese” roadele victoriei, umplând spațiul eliberat cu ai lor. Cu toate acestea, nici o specie nouă nu poate fi acuzată că a fost implicată în catastrofa însăși de dragul prosperității speciei sau familiei sale. Cataclismele au avut loc din motive cosmice sau pur pământești, datorită particularităților dezvoltării materiei vii, când unele părți ale acesteia au fost asuprite sau complet șterse de pe fața planetei de către altele care nu s-au putut adapta la condițiile naturale schimbate.

Dezvoltarea materiei vii în biosferă - o creștere a nivelului de organizare a acesteia și a gradului de adaptabilitate la mediu - s-a produs prin catastrofe - schimbări bruște în mediul abiotic. Contradicțiile dintre componentele abiotice și biotice stabilite ale biosferei în timpul schimbărilor de mediu care au fost bruște pentru timpul geologic au fost rezolvate de fiecare dată datorită diversității și variabilității materiei vii a biosferei. Materia vie a păstrat întotdeauna viața în biosferă datorită supraviețuirii unor specii mai adaptate.

Durabilitatea biosferei

Bogăția lumii vii l-a fascinat și încântat pe om din cele mai vechi timpuri. Diversitatea speciilor nu epuizează toată diversitatea biologică. În cadrul fiecărei specii, populațiile și indivizii acesteia, inclusiv oamenii, variază genetic într-o măsură mult mai mare decât se credea anterior. Doi indivizi selectați aleatoriu vor diferi în sute, poate mii de diferențe cromozomiale. Astfel de diferențe sunt foarte importante, multe dintre ele sunt asociate cu sensibilitatea la modificările parametrilor de mediu, determină adaptabilitatea sau chiar posibilitatea de supraviețuire a organismelor individuale, amintind că selecția naturală continuă.

Cum asigură diversitatea biologică durabilitatea biosferei? Răspunsul este simplu: prin multe relații și interacțiuni, atât între ele, cât și cu materie indirectă. Biosfera are un set mare de procese de reglare prin feedback și, în consecință, un set de procese ciclice care îi permit să compenseze condițiile în schimbare. Prin urmare, biosfera face față relativ ușor sarcinilor de reglare automată a condițiilor de viață de care are nevoie.

Stabilitatea ecosistemului global este asigurată de redundanța componentelor sale funcționale. Dacă există mai multe tipuri de autotrofe într-un ecosistem, fiecare dintre ele având propriile condiții optime de temperatură pentru fotosinteză, atunci rata totală a fotosintezei poate rămâne neschimbată atunci când temperatura fluctuează.

Adaptabilitatea biosferei la schimbările condițiilor externe este un proces ordonat în care o specie poate fi înlocuită cu alta și, în același timp, este un flux de echilibre dinamice schimbătoare. Diversitatea biologică a biosferei asigură un ciclu biochimic continuu al fluxurilor de materie și energie, menținând legăturile tuturor geosferelor: atmosferă, litosferă, hidrosferă, creând integritatea mediului natural.

Biosfera și om: pericol pentru mediu

Lumea știe deja despre pericolul care o amenință. Și de această dată este cunoscută creatura vie responsabilă pentru catastrofa care se apropie - Uman . Apariția sa a fost precedată de o lungă perioadă în care strămoșii lui Homo sapiens - hominidele au apărut, au evoluat și au făcut loc unul altuia. Ei s-au dezvoltat și au trăit în fluxul general al vieții, au fost participanți la ea și au avut o întreagă gamă de nevoi și instincte absolut necesare vieții și evoluției. Toate acestea au făcut ca fluxul vieții, pe de o parte, să fie holistic, ușor vulnerabil în legăturile individuale și, pe de altă parte, bine autoprotejat și protejat de sistem.

Mileniile au trecut, marile civilizații create de om au apărut și au murit. Toată splendoarea civilizației moderne - abundența și varietatea de mărfuri, transport, zboruri spațiale, posibilitatea ca un număr mare de oameni să se angajeze în

știință, artă și, în cele din urmă, o bătrânețe sigură - toate acestea sunt o consecință a cantității uriașe de energie artificială pe care umanitatea a început acum să o producă. Nu trăim din energia Soarelui, ca și plantele și animalele, ci consumăm rezerve de carbon - petrol, cărbune, gaze, șist, care au fost acumulate de biosferele trecute de-a lungul a sute de milioane de ani.

Dar ce se întâmplă cu balanța termică a planetei? Energia artificială este disipată și utilizată pentru a încălzi Pământul, suprafața sa solidă, oceanul și atmosfera. Va veni vremea când energia artificială va începe să afecteze structura echilibrului termic al planetei.

Astfel, ideea larg răspândită că o creștere a cantității de energie produsă de oameni este întotdeauna bună necesită și o revizuire: o creștere a temperaturii medii a planetei cu 4-5 grade amenință omenirea cu un dezastru ecologic. Și aici există o linie care nu poate fi depășită.

Nu este deloc ușor de prezis din timp, chiar și în termeni cei mai generali, rezultatele unei astfel de încălziri. Pe măsură ce temperatura medie crește, diferența de temperatură dintre ecuator și pol scade. Și acesta este motorul principal, datorită căruia atmosfera se mișcă, transferând căldură din zonele ecuatoriale către cele polare. Dacă diferența de temperatură crește, atunci intensitatea circulației atmosferice crește. Dacă scade, circulația atmosferică devine mai lentă și transferul de umiditate scade. Aceasta înseamnă că zonele aride devin și mai uscate, iar productivitatea biotei scade.

În secolul trecut, celebrul geograf, climatolog, geofizician profesor A.I. Voikov, fondatorul primului observator geofizic din Rusia, a formulat o lege binecunoscută: cald în Nord - uscat în Sud. Această lege, care se numește acum legea lui Voikov, rezumă mulți ani de observații. Ori de câte ori, în timpul schimbării ciclice a temperaturilor medii din nord, începe să se încălzească, numărul de ani secetoși crește în regiunea Volga, Kazahstan și alte zone din sud-estul Eurasiei. Vegetația din deșerturi și semi-deșerturi răspunde în mod deosebit sensibil la modificările precipitațiilor.

Omul caută modalități de a-și limita impactul nociv asupra naturii, deoarece și-a dat seama că depinde de starea biosferei. Oamenii și-au dat seama că activitățile lor trebuie să se schimbe radical și să respecte legile naturale ale biosferei, în limitele cărora doar toată activitatea vieții poate avea loc.

Am urmărit un singur fenomen care confirmă că o persoană este acum capabilă să treacă foarte ușor acea „linie fatală”, acea linie dincolo de care vor începe procese ireversibile de schimbare a condițiilor sale de existență. Biosfera va începe să treacă la o nouă stare și s-ar putea să nu existe loc pentru oameni în noua ei stare. De aceea, omenirea trebuie să fie capabilă să prevadă rezultatele acțiunilor sale și să știe unde se află „linia interzisă”, separând posibilitatea dezvoltării ulterioare a civilizației de dispariția ei mai mult sau mai puțin rapidă.

Fiecare specie biologică (și oamenii nu fac excepție) poate trăi în limitele destul de înguste ale mediului la care este adaptată genetic. Dacă mediul de viață se schimbă mai repede decât poate avea loc adaptarea sau reorganizarea speciei într-o nouă formațiune, organismul se stinge inevitabil.

Învelișul materiei vii de pe planetă se schimbă dramatic. Se micșorează și se subțiază. Chiar și într-un sens pur mecanic, pădurile dispar, solurile negre se degradează etc. Fundația atât a mediului imediat al vieții sale, cât și a dezvoltării economice dispare de sub picioarele umanității.

În prezent, procesul de epuizare a materiei vii și de dispariție a speciilor vii este de zece, și în unele cazuri chiar de o sută de ori mai intens decât dispariția dinozaurilor în urmă cu 65 de milioane de ani. Speciile nu doar dispar, întreaga structură a materiei vii se schimbă. Animalele și plantele mari sunt înlocuite cu altele mai mici: ungulate - rozătoare, rozătoare - insecte erbivore.

Pierderile în compoziția materiei vii pot duce la distrugerea de urgență a sistemului biogeochimic al planetei. Distorsiunea globală a ciclurilor biogeochimice amenință că natura va deveni diferită, nu cea la care economia modernă este adaptată. Va fi nevoie de o revizie majoră. Ca urmare a impactului uman actual, descendenții sunt amenințați cu sărăcia resurselor naturale și epuizarea resurselor naturale.Umanitatea trebuie să păstreze diversitatea biologică a biosferei, deoarece reducerea acesteia duce la perturbarea proceselor biosferei și la schimbări catastrofale ale condițiilor de viață de pe planetă.

Concluzie

Planeta noastră este unică pentru că există viață pe ea. Viața pătrunde nu numai în elementele de apă și aer, ci și de suprafața pământului. Viața pe Pământ este reprezentată de materia vie, care este formată din milioane de specii și miliarde de indivizi. Materia vie, întreaga diversitate biologică a Pământului, este protejată de razele cosmice de câmpul geomagnetic și de scutul de ozon. Toate formele și manifestările de viață nu există de la sine; ele sunt conectate prin relații complexe într-un singur complex de viață -ecosistem global (biosfera). Aceste relații și conexiuni în natura vie sunt uimitoare! Fiecare grup de specii înrudite care formează un regn joacă un rol specific în ciclul substanțelor: crearea, transformarea, distrugerea substanțelor organice.

Principala sursă de energie din biosferă este Soarele. Ciclul biogenic al substanțelor nu permite întreruperea vieții de pe planeta Pământ. Ființele vii ale biosferei au transformat compoziția chimică a aerului, apei, solului, au determinat compoziția lor modernă, au influențat formarea mineralelor și rocilor și relieful Pământului. Biosfera este mediul vieții și rezultatul activității vieții.

Una dintre principalele sarcini ale secolului XXI, la care ecologia trebuie să aducă o contribuție semnificativă, este realizarea armoniei dintre om și natură.

• Biologie

• 10 clase

• 12.06.2018

Circulația materiei în biosferă Pământul diferă de alte planete prin faptul că biosfera sa conține o substanță sensibilă la fluxul radiației solare - clorofila. Este clorofila cea care asigură conversia energiei electromagnetice din radiația solară în energie chimică, cu ajutorul căreia are loc procesul de reducere a oxizilor de carbon și azot în reacțiile de biosinteză. Într-o plantă verde are loc fotosinteza - procesul de producere a carbohidraților din apă și dioxid de oxigen (care se află în aer sau apă). În acest caz, oxigenul este eliberat ca produs secundar. Plantele verzi sunt clasificate ca autotrofe - organisme care preiau toate elementele chimice de care au nevoie pentru viață din materia inertă din jurul lor și nu necesită compuși organici gata preparati ai unui alt organism pentru a-și construi corpul. Heterotrofele sunt organisme care au nevoie de materie organică formată de alte organisme pentru alimentația lor. Heterotrofei transformă treptat materia organică formată de autotrofe, aducând-o la starea sa minerală inițială. Funcția distructivă (distructivă) este îndeplinită de reprezentanții fiecăruia dintre regnurile materiei vii. Degradarea și descompunerea sunt o proprietate integrală a metabolismului fiecărui organism viu. Plantele formează materie organică și sunt cei mai mari producători de carbohidrați de pe Pământ, dar produc și oxigenul necesar vieții ca produs secundar al fotosintezei. În timpul procesului de respirație, în corpurile tuturor speciilor vii se formează dioxid de carbon, pe care plantele îl folosesc din nou pentru fotosinteză. Există și specii de viețuitoare pentru care distrugerea materiei organice moarte este o metodă de nutriție. Există organisme cu un tip mixt de nutriție; ele se numesc mixotrofe. În biosferă, au loc procese care transformă materia anorganică, inertă în materie organică și rearanjarea inversă a materiei organice în materie minerală. Mișcarea și transformarea substanțelor în biosferă se realizează cu participarea directă a materiei vii, toate tipurile fiind specializate în diferite metode de nutriție. Cantitatea finită de materie care există în biosferă a dobândit proprietatea infinitului prin ciclul substanțelor. Toate componentele biosferei interacționează între ele (Fig. 6), asigurând stabilitatea sistemului. Orez. 6. Componente ecologice În timpul ciclurilor biogeochimice, atomii majorității elementelor chimice au trecut prin o ființă vie de nenumărate ori. De exemplu, tot oxigenul din atmosferă „se întoarce” prin materia vie în 2000 de ani, dioxidul de carbon în 200-300 de ani și toată apa din biosferă în 2 milioane. ani. Materia vie este un receptor perfect de energie solară. Energia absorbită și utilizată în reacția de fotosinteză și apoi stocată ca energie chimică a carbohidraților este foarte mare, se raportează că este comparabilă cu energia consumată de 100 de mii de orașe mari de-a lungul a 100 de ani. Heterotrofii folosesc materia organică a plantelor ca hrană: materia organică este oxidată de oxigen, care este livrat organismului de către organele respiratorii, cu formarea de dioxid de carbon; reacția are loc în sens invers. Astfel, ceea ce face viața „eternă” este existența simultană a autotrofilor și heterotrofelor. Faptele și discuțiile despre „roata vieții” din biosferă dau dreptul de a vorbi despre legea migrației biogene a atomilor, care a fost formulată de V.I. Vernadsky: migrarea elementelor chimice de pe suprafața pământului și a biosferei în ansamblu se realizează fie cu participarea directă a materiei vii, fie are loc într-un mediu ale cărui caracteristici geochimice sunt determinate de materia vie, atât cea care locuiește acum. biosfera și ceea ce a acționat asupra Pământului de-a lungul istoriei geologice. Materia vie de diferite regate si diferite tipuri asigura circulatia continua a substantelor si transformarea energiei. Aceasta relevă legea migrației biogene a atomilor V.I. Vernadsky: în biosferă, migrarea elementelor chimice are loc cu participarea directă obligatorie a organismelor vii. Biosfera este un ecosistem global. Un ecosistem, așa cum sa discutat mai sus, este un sistem de interacțiune între organismele vii și habitatul lor. Ecosistemele vin în diferite niveluri de complexitate și dimensiuni. Ecosistemele mai mici fac parte din cele mai mari, care la rândul lor fac parte din altele și mai mari. Macroecosistemele (continente, oceane etc.) formează ecosistemul global – Biosfera. Biosfera se caracterizează printr-un ciclu energetic determinat de diferitele roluri trofice ale producătorilor, consumatorilor și descompunetorilor. Aceasta este una dintre caracteristicile cheie ale unui ecosistem, care asigură stabilitatea ecosistemului. Biosfera este caracterizată de toate proprietățile ecosistemelor: Biosfera include organisme vii care locuiesc pe Pământ, precum și habitatul acestora: oceane, pământ, atmosferă. Toți cei trei participanți la lanțul trofic sunt prezenți în biosferă: producători, reprezentați de autotrofi; consumatori (organisme heterotrofe) și descompunetori (organisme heterotrofe care descompun materia organică) Biosfera, ca ecosistem, este stabilă și potențial nemuritoare atâta timp cât există producători. Dintre toate ecosistemele, biosfera, ca cea mai mare, are cea mai mare stabilitate. Pe baza acestui fapt, biosfera este un ecosistem. Deoarece biosfera unește toate ecosistemele de pe planetă, se numește ecosistemul „global”. Concluzie Pe baza rezultatelor îndeplinirii sarcinilor stabilite în introducere, se pot trage concluzii cu privire la munca depusă. Biosfera este un ecosistem global, deoarece are toate proprietățile ecosistemelor. În consecință, biosfera tinde să se schimbe. Modificările biosferei sub influența activității umane sunt o transformare ireversibilă a biosferei în tehnosferă. În condițiile perturbării moderne a lanțurilor de interacțiune dintre organisme și habitatul lor (distrugerea conectivului în lanțuri trofice, habitate etc.), cel mai relevant este faptul negativ că încălcarea integrității sistemului din cauza defecțiunii conexiunile își reduce tendința naturală la echilibru, ceea ce este în detrimentul întregii vieți de pe planetă, care își datorează existența în primul rând schimbului echilibrat de energie. Înțelegând că biosfera, ca ecosistem, are principala calitate a oricărui sistem - existența unor relații reciproc avantajoase, este, de asemenea, important să înțelegem că o schimbare în orice componentă a biosferei le afectează inevitabil pe toate celelalte și, în cele din urmă, pe cea mai importantă. forța modernă de schimbare a biosferei - omul; Prin urmare, este atât de important pentru conservarea biosferei să cunoască despre organizarea și mecanismul de funcționare a acesteia.

Ecologia (din grecescul Οικος - casă, casă, economie, locuință, habitat, patrie și λόγος - concept, doctrină, știință) este o știință care studiază relațiile dintre natura vie și cea neînsuflețită. Termenul a fost propus pentru prima dată în cartea „Morfologia generală a organismelor” în 1866 de către biologul german Ernst Haeckel. Marea majoritate a cercetătorilor moderni consideră că ecologia este o știință care studiază condițiile de existență ale organismelor vii și relațiile dintre organisme și mediul în care trăiesc. O definiție mai generală a fost dată de ecologistul american Odum: „ecologia este un domeniu interdisciplinar de cunoaștere, știința structurii sistemelor pe mai multe niveluri în natură, societate și interrelațiile lor”.

Ecologia ca știință rezolvă următoarele probleme:

· studiază legile și modelele de interacțiune ale organismelor cu mediul lor;

· studiază formarea, structura și funcționarea sistemelor biologice supraorganismele (populație, biocenoză, biogeocenoză (ecosistem), biom, biosferă);

· studiază legile și modelele de interacțiune ale sistemelor biologice supraorganistice (populație, biocenoză, biogeocenoză (ecosistem), biom, biosferă) cu mediul;

Rezolvarea problemelor cu care se confruntă mediul ne va permite să atingem obiectivele stabilite pentru acesta:

· dezvoltarea unor modalitati optime de interactiune intre societate si natura, tinand cont de legile existentei naturii;

· prognozarea consecințelor impactului societății asupra naturii pentru a preveni rezultatele negative.

Pentru a rezolva probleme, ea folosește atât metodele proprii, cât și metodele altor științe. Metodele proprii ale ecologiei pot fi împărțite în trei grupe: de teren, de laborator și experimentale.

Ecologia este strâns legată de științe precum biologia, chimia, matematica, geografia, fizica și epidemiologia. Recent, domenii complexe interdisciplinare de cercetare s-au făcut cunoscute în mod activ.

În funcție de dimensiunea obiectelor de studiu, ecologia este împărțită în următoarele discipline: autoecologie, ecologie a populației, sinecologie, ecologie a peisajului, ecologie globală (megaecologie, studiul biosferei Pământului)

În raport cu subiectele de studiu, se împarte în ecologia microorganismelor, ciupercilor, plantelor, animalelor și oamenilor; precum și agricolă, industrială (inginerie) și generală (ca disciplină teoretic generalizantă).

Luând în considerare mediul și componentele, se disting ecologia pământului, corpurile de apă dulce, mările, nordul îndepărtat, munții înalți și chimicale (geochimice, biochimice).

După abordări ale subiectului, se disting ecologia analitică și cea dinamică.

Din punctul de vedere al factorului timp, se ia în considerare ecologia istorică și evolutivă (inclusiv arheoecologia).

În ecologia umană se distinge ecologia socială. Problema centrală a ecologiei moderne este căutarea interacțiunii optime în sistemul „om-mediu”. Ecologia capătă trăsăturile unei viziuni foarte actuale asupra lumii și se transformă într-o doctrină despre alegerea căilor de supraviețuire a populației umane.

Ecologia modernă în structura sa are următoarele secțiuni: ecologie generală, geoecologie, bioecologie, ecologie umană, ecologie socială, ecologie aplicată.

Fiecare secțiune are propriile sale diviziuni și conexiuni cu alte părți ale ecologiei și științelor conexe. Ecologia și conservarea naturii sunt strâns legate, dar dacă ecologia este o știință fundamentală, atunci conservarea naturii se leagă direct de practică.

Un ecosistem este o colecție de producători, consumatori și detritivori care interacționează între ei și cu mediul lor prin schimbul de materie, energie și informații în așa fel încât acest sistem unic să rămână stabil pe o perioadă lungă de timp.

Un ecosistem natural se caracterizează prin trei caracteristici:

· un ecosistem este în mod necesar o colecție de componente vii și nevii;

· în cadrul ecosistemului se realizează un ciclu complet, începând cu crearea materiei organice și terminând cu descompunerea acesteia în componente anorganice;

· ecosistemul rămâne stabil o perioadă de timp, ceea ce este asigurat de o anumită structură de componente biotice și abiotice.

Ecosistemele majore ale pământului sunt numite ecosisteme terestre sau biomi. Ecosistemele hidrosferei se numesc ecosisteme acvatice. Un ecosistem este format din diverse componente abiotice și biotice.

Componentele abiotice ale unui ecosistem includ diverși factori fizici (lumina soarelui, umbră, evaporare, vânt, temperatură, curenți de apă) și chimici (macroelemente - C, O, H, N, P, S, Ca, Mg, K, Na și microelemente - Fe, Cu, Zn, Cl).

Componentele biotice ale unui ecosistem sunt împărțite în funcție de metoda de nutriție în producători (organisme care produc compuși organici din cei anorganici), consumatori (organisme care primesc nutrienți și energia necesară hrănindu-se cu organisme vii - producători sau alți consumatori) și descompozitori. (organisme care primesc nutrienți și energia necesară hrănindu-se cu rămășițele organismelor moarte).

Producătorii (plantele verzi) creează materie organică în acest proces fotosinteză(un proces chimic care are loc în plantele verzi, alge și multe bacterii în care apa și dioxidul de carbon sunt transformate în oxigen și alimente folosind energia din lumina soarelui) sau chimiosinteză(procesul de transformare a compușilor anorganici în substanțe organice hrănitoare folosind energia reacțiilor chimice). Aceste substanțe organice sunt folosite de producători ca sursă de energie și ca material de construcție pentru celulele și țesuturile corpului.

Consumatorii se împart în: fitofagi - ordinul I, hrănindu-se exclusiv cu plante vii; prădători (carnivore) – ordinul II, care se hrănesc exclusiv cu fitofagi, ordinul III, hrănindu-se doar cu carnivore; eurifage care pot mânca atât hrană vegetală, cât și animală.

Descompozitorii se împart în: detritivore - consumă direct organisme moarte sau resturi organice. și destructori - descompun materia organică moartă în compuși anorganici simpli (procesul de putrezire și descompunere).

Conceptul de biosferă a apărut cu mai bine de o sută de ani în urmă. Geologul austriac Eduard Suess, vorbind despre diferitele scoici de pe glob, a folosit pentru prima dată acest termen. În 1926 au fost publicate prelegeri ale lui V.I. Vernadsky, care a definit prin termen acele straturi ale scoarței terestre care au fost expuse de-a lungul istoriei geologice influenței organismelor vii și a atribuit pentru prima dată organismelor vii rolul principalei forțe de transformare a planetei Pământ, ținând cont de activitățile lor. nu numai în prezent, ci și în trecut.

Biosfera cuprinde straturile superioare ale litosferei, stratul inferior al atmosferei (troposfera) si intreaga hidrosfera, interconectate prin cicluri complexe de materie si energie.

Limita inferioară a vieții pe Pământ (3 km) este limitată de temperatura ridicată a interiorului pământului, limita superioară (20 km) de radiația dură a razelor ultraviolete (totul de dedesubt este protejat de stratul de ozon). Cu toate acestea, doar microorganismele pot fi găsite la limitele biosferei; cea mai mare concentrație de biomasă se observă la suprafața pământului și oceanului, în locurile în care cochiliile intră în contact. Organismele care alcătuiesc biosfera au capacitatea de a se reproduce și de a se răspândi pe întreaga planetă.

Biomasa totală a Pământului este de aproximativ 0,01% din masa întregii biosfere. 97% din această cantitate este ocupată de plante, 3% de animale. Biomasa organismelor care trăiesc pe uscat este reprezentată în proporție de 99,2% de plante verzi și 0,8% de animale și microorganisme. În schimb, în ​​ocean, plantele reprezintă 6,3%, iar animalele și microorganismele reprezintă 93,7% din biomasa totală. Biomasa totală a oceanului reprezintă doar 0,13% din biomasa tuturor creaturilor care trăiesc pe Pământ.

Organismele obțin din mediu substanțele și energia necesare metabolismului. Cantități limitate de materie vie sunt recreate, transformate și descompuse. În fiecare an, datorită activității vitale a plantelor și animalelor, se reproduce aproximativ 10% din biomasă.

Există mai multe niveluri de organizare a materiei vii:

· Molecular. Orice sistem viu se manifestă la nivelul de interacțiune a macromoleculelor biologice: acizi nucleici, polizaharide și alte substanțe organice importante.

· Celular. Celula este unitatea structurală și funcțională de reproducere și dezvoltare a tuturor organismelor vii care trăiesc pe Pământ. Nu există forme necelulare de viață, iar existența virușilor nu face decât să confirme această regulă, deoarece pot prezenta proprietăţile sistemelor vii numai în celule.

· Organic. Un organism este un sistem viu integral unicelular sau multicelular capabil de existență independentă. Un organism multicelular este format dintr-o colecție de țesuturi și organe specializate pentru a îndeplini diverse funcții.

· Specific populaţiei. O specie este înțeleasă ca un ansamblu de indivizi asemănători ca organizare structurală și funcțională, care au același cariotip și o singură origine și ocupă un anumit habitat, se încrucișează liber între ei și produc descendenți fertili, caracterizați prin comportament similar și anumite relații cu alte specii și factori de natură neînsuflețită.

· Un ansamblu de organisme din aceeași specie, unite printr-un habitat comun, creează o populație ca sistem de ordin supraorganism. În acest sistem se realizează cele mai simple, elementare transformări evolutive.

· Biogeocenotic. Biogeocenoza este o comunitate, un ansamblu de organisme de diferite specii și complexitate variabilă de organizare cu toți factorii habitatului lor specific - componente ale atmosferei, hidrosferei și litosferei.