Шпоры по природе педфак. Планета Земля в Составе Солнечной системы. Форма, масса и размеры Земли

• Название: Планета Земля в Составе Солнечной системы. Форма, масса и размеры Земли
• Анкор: Шпоры по природе педфак
• Дата: 09.12.2021
• Размер: 0.81 Mb.
• Имя файла: 2.1 Otvety_po_prirode.docx
• Тип: Документы; #298501
• страница: 2 из 19

Основы учения о биосфере. Свойства и функции живого вещества.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Термин «биосфера» был введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.

Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом. Вернадский показал, что в природе нет более мощной геологической средообразующей силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности.

В. И. Вернадский в 1928—1930 гг. в своих глубоких обобщениях относительно процессов в биосфере дал представление о пяти основных биогеохимических функциях живого вещества.

Первая функция — газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Подземные горючие газы являются продуктами разложения органических веществ растительного происхождения, захороненных ранее в осадочных толщах. Наиболее распространенный — это болотный газ — метан (СН4,).
Вторая функция — концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. Среди них на первом месте стоит углерод. Содержание углерода в углях по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть — концентратор углерода и водорода, так как имеет биогенное происхождение. Среди металлов по концентрации первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены остатками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода — водоросли ламинарии, железа и марганца — особые бактерии. Позвоночными животными накапливается фосфор, сосредотачиваясь в их костях.

Третья функция — окислительно-восстановительная. В истории многих химических элементов с переменной валентностью она играет важную роль. Организмы, обитающие в разных водоемах, в процессе своей жизнедеятельности и после гибели регулируют кислородный режим и тем самым создают условия, благоприятные для растворения или же осаждения ряда металлов с переменной валентностью (V, Mn, Fe).

Четвертая функция — биохимическая. Она связана с ростом, размножением и перемещением живых организмов в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов, «расползанию» живого вещества в разные географические области.

Пятая функция — это биогеохимическая деятельность человечества, охватывающая все возрастающее количество вещества земной коры для нужд промышленности, транспорта, сельского хозяйства. Данная функция занимает особое место в истории земного шара и заслуживает внимательного отношения и изучения. Таким образом, все живое население нашей планеты — живое вещество — находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом.

Свойства биосферы

1. Тесная связь живого вещества с окружающими условиями, или средой обитания. То есть, организм и окружающая его среда представляют собой единство. При изменении условий среды обитания живое вещество приспосабливается к новым условиям. При этом оно может изменить свою форму или функции, но не состав. Неживое вещество при этом изменяется коренным образом.

2. Способность к самовоспроизведению, то есть к размножению. Это свойство резко отличается живое от неживого и является причиной быстрого распространения жизни на Земле

3. Живые организмы способны к изменчивости. Основной причиной изменчивости является мутация, которая охватывает весь генетический аппарат и вызывает появление новых признаков в наследственности организмов, что обеспечивает передачу возникшего мутационного признака последующим поколениям. Те изменения в организме, которые не затрагивают генетический аппарат и не передаются последующим поколениям называются последующим поколения называются модификациями.

4. Способность организмов накапливать в своих тканях некоторые химические элементы в избыточном количестве, по сравнению с их концентрацией во внешней среде.

5. Рациональное усвоение солнечной энергии. Живой организм старается удержать и усвоить солнечную энергию – в отличие от камня, который после нагревания тут же отдает тепло.

6. Устойчивость. Это способность выживать в изменяющихся условиях Земли: при разных давлениях, температурах, влажности. Устойчивость организмов очень высока. Особенно большая приспособляемость у низкоорганизованных организмов. Так, микроорганизмы обнаружены в метеоритах, которые длительное время находились в космосе при температуре, близкой к абсолютному нулю, а также в воде гейзеров, имеющих температуру + 930 С.

7. Обмен веществ. Важным свойством живых организмов является обмен веществ живых организмов с окружающей средой. Живые организмы осуществляют ассимиляцию и диссимиляцию веществ, то есть они постоянно усваивают, перерабатываю и выделяют продукты своей жизнедеятельности. За счет этого организмами производятся огромные преобразования на Земле.

5. 
   Основные компоненты биосферы.
   

Компоненты биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера — выполняют важнейшие функции по обеспечению жизни на Земле.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние слои литосферы (рис.2.1). Границы этих элементов биосферы определяется условиями, при которых возможно существование живых организмов.

Нижняя граница биосферы опускается на 2 – 3 км от поверхности и на 1- 2 км ниже дна океана. Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах.



Предельная температура существования большинства живых организмов = 80-100⁰ С, а активность эти организмы сохраняют в интервале t 0-30⁰ C.

Верхней границей биосферы служит защитный озоновый слой (см.рис.)

Общая протяженность биосферы по вертикали составляет 33 – 35км.

Атмосфера – газовая оболочка земли.

Атмосфера состоит из нескольких сфер слоев – топосфера, стратосфера. Мезосферы и геопосферы (термосферы и экзосферы), между которыми располагаются переходные слои – паузы. В слоях изменяется состав газовой фазы и её температура.

Тропосфера – это область, где наиболее интенсивно протекают тепловые процессы. Тепловая энергия в основном подводится снизу от поверхности земли и океана. Физические процессы, протекающие в тропосфере, оказывает глубокое влияние на климат планеты, на процессы поглощения солнечной радиации, на кругооборот воды, связанный с образованием облаков и выпадением осадков, толщина тропосферы составляет от 7 до 18 км., на её долю приходится ¾ всей земной атмосферы. Температура воздуха в тропосфере по высоте уменьшается примерно на 0,6⁰С на каждые 100 м и колеблется от 40⁰С до -50⁰С.

Стратосфера имеет протяженность около 40 км, температура воздуха на высоте 20-30 км от Земли в тропопаузе постоянная (около-50⁰С)

Затем начинает повышаться и на высоте 50км достигает 10⁰С. В пределах стратосферы расположен озоновый слой (азоносфера). Высота озонового слоя у полюсов 7 – 8 км, у экватора 17 – 18 км. Максимальная высота присутствия озона составляет 45 – 50 км. В мезосфере средняя температура на Н=80 км равна – 70⁰С. Выше расположена геоносфера (или термосфера), где с увеличением высоты t непрерывно увеличивается и достигает на Н 150 км – 200 – 240⁰ С, 200км – 500⁰С, 500 – 600км – 1500⁰С.

Химический состав воздуха до высоты 100км остается практически постоянным (азот – 78.09%, кислород – 20,94%, аргон – 0,93%, диоксид углерода – 0,03%, остальные газы – в микроколичествах. Выше 600 км в атмосфере преобладает гелий, а выше 2000 – 3000км – водород.

Гидросфера– Водная оболочка земли, она включает в себя совокупность поверхностных вод, а также воду, находящуюся в пределах литосферы и атмосферы. Основная часть поверхностных вод заключена в Мировом океане, который занимает 71% поверхности земного шара и включает примерно 96% общего запаса свободной воды.

По весу вода на 11,11% состоит из водорода Н₂ и на 88,99% из кислорода О₂. Вода имеет три структурные формы:

- водяной пар (гидроль) – Н₂О;

- жидкая вода (дигидроль) – (Н₂О)₂ ;

- лед (тригидроль) – (Н₂О)₃ .

Общее количество воды на земле – (1,5 – 2,5) х 10¹⁸m, или 1,5- 2,5 млрд. км³.

Средняя соленость океанской воды 3,5%, или 35г/л, (35 г/кг), - а в соленых озерах содержания до 300 г/кг солей. Соленость глубоко залегающих подземных вод может достигать до 600г/ кг.

Доля пресных вод составляет 2,5%, однако 70% этой воды сосредоточено в ледниковых покровах.

Пресные воды залегают до глубины 150 – 200 м, ниже переходят в солоноватые. Подземные воды включают в себя лед в толще многолетней мерзлоты.

Свободные воды гидросферы по вертикали делятся на две зоны (рис.2.1.). Верхняя зона – эуфотическая, определяется глубиной проникновения солнечного света (в среднем 200м). В этой зоне протекает деятельность фотосинтезирующих организмов (растений, некоторых бактерий). В нижних слоях куда не проникает солнечный свет, - афотическая зона – обитают живые организмы, использующие готовые организмы, использующие готовые органические вещества, синтезированные организмами эуфотической зоны.

Литосфера – внешняя относительно прочная оболочка земли. Поверхность земли обладает значительной неоднородной по высоте; от 8848м над уровнем моря (г.Джомолунгжа) до 11034м. (Марианская впадина).

Жизнь в литосфере концентрируется только в поверхностном слое земной коры, в основном в почве.

Почва – это особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и не живой природе, которыми она отличается от материнской горной породы.

Почва образовалась благодаря взаимодействия воды, воздуха и организмов.

В.И.Вернадский характеризовал почву как смесь остатков живых организмов и косных (неорганических) веществ. Соотношение трех фаз в почве – твердых минеральных веществ жидкости и воды – определяют основные физические свойства почвы как среды обитания живых организмов.

6. 
   Понятие о среде обитания организмов.
   

Живые организмы всегда находятся во взаимодействии с окружающими их природными образованиями и явлениями.

Совокупность природных условий и явлений, окружающих живые организмы, с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии, называется средой обитания.

Роль среды двояка. Прежде всего живые организмы получают пищу из среды, в которой обитают. Кроме этого, различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару. Жаркий и сухой климат пустыни препятствует жизни в ней большинства организмов, точно так же, как из-за сильного холода в полярных областях обитать в них могут лишь наиболее выносливые виды. Именно среда изменяет организмы тем, что способствует их совершенствованию путем естественного отбора. Организмы не просто приспосабливаются к среде, но эволюционируют.

В свою очередь, жизнедеятельность организмов оказывает влияние на среду. Средообразующая роль живых организмов велика. Растения выделяют кислород и тем самым поддерживают его баланс в атмосфере планеты. Высокие растения (деревья и кустарники) затеняют почву, способствуют перераспределению влаги, вместе с травами создают особый микроклимат. Растения и животные оказывают влияние на структуру и свойства почвы.
Несмотря на то, что разнообразие жизненных условий на Земле привело к разнообразию сред, в которых могут обитать организмы, можно выделить специфические среды, для которых характерны общие черты и признаки. Так, отчетливо различают четыре качественно отличные среды обитания для живых организмов: 1) водная; 2) наземно-воздушная; 3) почвенная; 4) сами живые организмы, заселенные паразитами, полупаразитами и симбионтами (организмы, существующие совместно и извлекающие пользу от сожительства, например водоросли или цианобактерии, образующие вместе с грибами единый организм — лишайник).

Первые три разновидности среды обитания составляют абиотическую среду, четвертая — биотическую.

Организмы могут существовать в одной или нескольких средах жизни. Например, рыбы обитают только в воде. Человек, большинство видов птиц, млекопитающих, голосеменные и покрытосеменные растения обитают в наземно-воздушной среде. Многие насекомые и земноводные начинают свой жизненный путь в одной среде, а продолжают в другой (личинки комаров развиваются в воле, взрослые насекомые обитают в наземно-воздушной среде; тритоны, преимущественно водные животные, зимуют на суше). Некоторые насекомые для продолжения рода нуждаются в почвенной и наземно-воздушной средах (майский жук, бронзовка).

7. 
   Факторы среды обитания.
   

В биосфере можно выделить четыре основные среды обитания, освоенные и заселенные живыми организмами:

• водная;

• наземно-воздушная;

• почвенная;

• среда, образуемая самими живыми организмами.

Водная среда (гидросфера) характеризуется жидким агрегатным состоянием и в зависимости от глубины может быть как аэробной (поверхностные слои различных водоемов), так и анаэробной (на больших глубинах океана, в водоемах с высокой температурой). Эта среда более плотная, чем воздушная, более благоприятная с позиции добычи организмом воды и ее сохранением в нем, а также более богата пищевыми ресурсами. В водной среде в далеком геологическом прошлом зародилась жизнь. Формы организмов, живущих в воде, многообразны; среди них существуют такие, которые дышат кислородом, как растворенным в воде, так и содержащимся в атмосфере, а также анаэробные организмы. В данной среде живут различные простейшие, водоросли, рыбы, членистоногие, моллюски, иглокожие и представители других типов и классов животного и растительного мира.

Наземно-воздушная среда в ходе эволюции освоена позже водной, она более сложна и требует более высокого уровня организации живого. Здесь существенную роль играют показатели воздушной среды (атмосферы): температура и состав воздуха, содержание кислорода, влажность, а также показатели, характеризующие погоду, интенсивность света, плодородие почвы, что особенно важно для растений. Это — аэробная среда, в которой осуществляется интенсивный обмен газов и воды, необходимой для жизнедеятельности живых существ. Поэтому живущие в данной среде организмы приспособлены к добыванию и сохранению влаги, а животные обладают способностью к достаточно быстрому и активному перемещению. В этой среде живут птицы, многие виды членистоногих, млекопитающие, различные виды покрытосеменных и т. п.

Почва как среда обитания множества микро- и макроорганизмов, а также корней растений имеет свои экологические особенности. В почве первостепенное значение имеют такие факторы, как структура, химический состав и влажность, а вот свет или резкие колебания температуры практически не играют роли. Здесь можно встретить разнообразных представителей типа простейших, различные водоросли, грибы, многообразные виды различных червей, моллюсков, различных представителей высших животных. Почва является субстратом различных видов высших растений, для которых характерна наземная среда.

Живой организм представляет собой специфическую среду обитания для паразитов и симбионтов. Главную роль здесь играет обилие пищи,

относительная стабильность условий, защищенность от неблагоприятных внешних факторов, но в то же время и активное сопротивление организма-хозяина.

Каждая из этих сред имеет свои специфические условия жизни, которые характеризуются различными факторами.

Условия и факторы окружающей среды — взаимосвязанные понятия, которые характеризуют среду обитания организмов.

Условия среды обычно определяются как экологические факторы, оказывающие влияние (положительное или отрицательное) на существование и географическое распространение живых существ.

Экологические факторы очень многообразны как по своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Условно все факторы среды подразделяют на следующие основные группы:

• абиотические;

• биотические;

• антропогенные;

• лимитирующие.

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неживой (неорганической) среды, влияющих на условия и распространение жизни.

Прежде всего, к абиотическим факторам относятся физические факторы. Это поступающая от солнца лучистая энергия (порядка 0, 14 Дж/см2 в секунду); освещенность земной поверхности; влажность атмосферного воздуха; атмосферные осадки;

газовый состав воздуха (азота около 78 %, кислорода около 21 %, инертных газов около 0, 93 %, углекислого газа около 0, 03 % и др. ); температура поверхности; давление атмосферного воздуха, ионизирующее излучение и др.

Почвенные абиотические факторы — химический и физический состав почвы, плотность, влажность, насыщенность кислородом и др.

Абиотические факторы водной среды — химический состав, прозрачность, температура, содержание кислорода и др.

Биотическими факторами называют совокупность факторов живой природы, когда жизнедеятельность одних организмов влияет на условия жизни других. Такие факторы можно классифицировать как:

• гомотипические — внутривидовые (взаимодействие особей одного вид), организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые ресурсы, за обладание определенными пастбищами или территорией охоты, т. е. вступать в конкурентную борьбу;

• гетеротипические — межвидовые (взаимодействие особей разного вида), к ним можно отнести нейтрализм, хищничество, паразитизм и др.

Нейтрализм — это такая форма биотических взаимоотношений, когда сожительство двух видов на одной территории не влечет за собой ни положительных, ни отрицательных последствий для них. В этом случае виды не связаны непосредственно друг с другом и даже не контактируют между собой.

Симбиотические отношения — один из партнеров (или оба) извлекает пользу от другого: кооперация, комменсализм, мутуализм.

Кооперация представляет собой длительное, неразделимое взаимовыгодное сожительство двух и более видов. Самый простой тип симбиотических связей — протокооперация. При этой форме совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них, т. е. не является непременным условием выживания популяций. Примером таких отношений можно назвать опыление пчелами разных луговых растений.

Комменсализм — это такое взаимодействие между организмами, когда жизнедеятельность одного доставляет пищу или убежище другому.

Мутуализм — взаимно полезное сожительство, когда присутствие партнера становится обязательным условием существования каждого из них.
Антибиотические отношения — такая форма взаимоотношений, при которой оба партнера (или один из них) испытывают отрицательное влияние: аменсализм, конкуренция, хищничество, паразитизм.

Аменсализм — это биотические взаимоотношения, при которых происходят торможения роста одного вида (аменсала) продуктами выделения другого. Эти отношения относятся к прямой конкуренции и называют антибиозом.

Конкуренция — отрицательное воздействие организмов друг на друга в борьбе за пищу, местообитание и другие необходимые жизненные условия. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую. Как внутривидовая, так и межвидовая конкуренция может иметь большое значение в формировании разнообразия видов и численности организмов.

Внутривидовая конкуренция — это борьба за одни и те же ресурсы, происходящая между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегуляции популяций.

Межвидовая конкуренция чрезвычайно широко распространена в природе и касается практически всех, поскольку редко какой вид не испытывает хоть небольшого давления со стороны других. Формы проявления межвидовой конкуренции могут быть различными: от жесткой борьбы до почти мирного сосуществования. Но, как правило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями один обязательно вытесняет другой. Межвидовая конкуренция может иметь два итога: либо вытеснение одного из двух видов из сообщества, либо расхождение обоих видов по экологическим нишам.

Хищничество — отношения между хищником и жертвой, заключается в поедании одного организма другим.

Паразитизм — взаимодействие между организмами, при котором один из них живет за счет другого, находясь на поверхности или внутри его тела.

Антропогенные факторы — это факторы, вызванные воздействием на окружающую среду хозяйственной деятельности человека. В результате жизнедеятельности человека образуются побочные продукты, которые можно классифицировать следующим образом: это отходы человека как биологического вида, которые не представляют для природы проблем, так как мало чем отличаются от воздействия других биологических видов, и отходы человека как социального творческого существа. Последние отходы деятельности человека имеют как естественное, так и искусственное (синтетическое) происхождение. Человек, вооруженный достижениями научно-технического прогресса, вовлекает в производство необходимой продукции колоссальное количество ресурсов, создавая при этом огромное количество отходов и изменяя условия обитания и факторы биосферы.

Интенсивность действия факторов среды. Все имеющиеся в природе экологические факторы воздействуют на жизнь организмов по-разному и имеют различную степень важности для отдельных видов. В то же время набор факторов и их значимость для организмов зависят от среды обитания. В свою очередь, организмы сами могут оказывать влияние на условия своего существования. Например, наличие растительного покрова смягчает суточные колебания температуры вблизи поверхности Земли, колебания влажности и ветра, а также влияет на структуру и химический состав почв.

Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени. Таковы сила тяготения, интенсивность солнечного излучения, солевой состав океана, газовый состав и свойства атмосферы. Большинство же экологических факторов (температура, влажность, ветер, количество и равномерность выпадения осадков, укрытия, хищники, паразиты, конкуренты и пр. ) очень изменчиво как в пространстве, так и во времени. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно колеблется на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в пещерах. Паразиты живут в условиях избытка пищи, тогда как свободноживущие хищники часто испытывают голод.

Популяции организмов, обитающих в какой-то определенной среде, приспосабливаются к изменчивости факторов путем естественного отбора. У них вырабатываются те или иные морфологические и физиологические особенности, позволяющие существовать именно в этих и ни в каких других условиях. Для каждого влияющего на организм фактора существует благоприятная сила воздействия, называемая зоной оптимума экологического фактора или просто его оптимумом. Отклонение от оптимальной интенсивности действия фактора (уменьшение или увеличение) на организмы определенного вида действует угнетающе на их жизнедеятельность. Границы, за пределами которых наступает гибель организма, называются верхним и нижним пределом устойчивости.

На организм одновременно влияют многочисленные факторы среды. По отношению к одним факторам организмы обладают большой выносливостью и выдерживают значительные отклонения их интенсивности от оптимальной величины, к другим — организмы менее приспособлены и могут вынести лишь небольшие изменения.

Организмы с большим диапазоном выносливости ко всем факторам среды распространены более широко.

Отклонение интенсивности одного какого-либо фактора от оптимальной величины может сузить пределы выносливости к другому.

Лимитирующие факторы — факторы, которые ограничивают развитие живых организмов, если присутствуют в недостатке или избытке по сравнению с потребностью живого организма.

Закон лимитирующих факторов был впервые изучен и сформулирован Юстусом фон Либихом в 1840 г. в ходе наблюдений за влиянием на жизнедеятельность растений химических удобрений. Закон лимитирующих факторов, или закон минимумов Либиха, относится ко всем влияющим на организм факторам, абиотическим и биотическим. Состояние или величина фактора, обеспечивающая наилучший результат процессов роста и размножения организмов, называется оптимумом. Как правило, точное значение величины фактора, наиболее благоприятной для жизнедеятельности организма, установить невозможно, поскольку речь идет о некотором диапазоне значений, и, следовательно, лучше говорить о зоне оптимума.

Условия неоптимальные, но и не смертельные для вида, где он выживает, но испытывает стресс, называют стрессовыми зонами. Экстремальные значения фактора, при выходе за которые организм или популяция уже не могут выжить, называются пределами устойчивости. Диапазон условий, в пределах которого организм или популяция может жить и размножаться, называется диапазоном устойчивости. В его пределах существуют зоны оптимума и стрессовые зоны, а точки, ограничивающие его, т. е. минимальное и максимальное значение величины или состояния фактора, называются пределами устойчивости. Величина диапазона устойчивости по отношению к величине фактора и особенно величина зоны оптимума позволяют судить о выносливости организмов по отношению к данному элементу среды. В связи с этим различают виды широко приспособленные, которые могут существовать в условиях широкого диапазона экологического фактора, или эврибионты (от греч. «эйро» — широкий, всякий), и узкоприспособленные, способные жить лишь в условиях мало меняющегося действия фактора, или стенобионты (от греч. «стено» — узкий, ограниченный).

Впервые предположение о лимитирующем (ограничивающем) влиянии максимального значения фактора наравне с минимальным значением было высказано в 1913 г. американским зоологом В. Шелфордом, установившим фундаментальный биологический закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и

нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Толерантность — выносливость вида к воздействию на него тех или иных факторов среды или способность организмов выносить отклонения факторов среды от оптимальных для них значений.