Учения Вернадского. Тема №3_ Учение В. Тема 3 Учение В. И. Вернадского о биосфере научная основа для разработки методологических принципов охраны и рационального использования природных ресурсов. Природные ресурсы. Классификация природных ресурсов
 Скачать 72.33 Kb.
|
|
Тема №3: Учение В.И. Вернадского о биосфере - научная основа для разработки методологических принципов охраны и рационального использования природных ресурсов. Природные ресурсы. Классификация природных ресурсов. Вопросы для рассмотрения: Понятие биосферы, ее границы и структура. Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности. Структура Биосферы: 1. Живое вещество — вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Живые организмы не просто населяют земную кору, а преобразуют облик Земли. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты. 2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь большую часть атмосферы, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д. 3. Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов. 4. Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль. 5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде. 6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений. 7. Вещество космического происхождения. Границы биосферы. По современным представлениям необиосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов 8-10 км, у экватора - 17-18 км и над остальной поверхностью Земли - 20-25 км). За пределами озонового слоя жизнь невозможна вследствие наличия губительных космических ультрафиолетовых лучей. Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м), занята жизнью. К необиосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов. В литосферу жизнь проникает на несколько метров, ограничиваясь в основном почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров. Живые организмы неравномерно распространены в геологических оболочках Земли: литосфере, гидросфере и атмосфере. Поэтому биосфера сейчас включает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижнюю часть атмосферы. Круговорот веществ (воды, серы, азота, фосфора, углерода). Круговорот биологический и геологический. Малый (биологический) и большой (геологический) круговорот веществ, а также круговорот воды, азота, углекислого газа, как главных компонентов атмосферы, и круговорот серы, фосфора, углерода, как жизненно важных веществ биосферы. Круговорот веществ – многоразовое участие веществ в природных процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в биосферу планеты, при непрерывном притоке энергии. Малый (биологический) кругооборот имеет место в пределах малых экосистем, большой (геологический) кругооборот – в пределах планеты между океанами и континентами и длится сотни миллионов лет. Круговорот воды. Постоянный перенос воды происходит с одного места в другое в масштабе всей планеты, главным образом между океаном и сушей. Он осуществляется в основном непосредственно за счет энергии Солнца, однако живые организмы оказывают на него важное регулирующее воздействие. В процессе переноса воды часто происходит изменение агрегатного состояния последней (превращение жидкой воды в твердую, парообразную, и наоборот), что позволяет поддерживать равновесие между суммарным испарением и выпадением осадков на планете. Подсчитано, что с поверхности Земли за одну мину испаряется около одного миллиона тонн воды и сколько же выпадает обратно в виде осадков. Общий объем воды, поступивший из атмосферы на поверхность Земли, составляет за год около 500 тыс. км3 и такое же количество испаряющийся воды. При этом на континентах выпадает в год 109 тыс. км3, а испаряется 72 тыс. км3. Разница в37 тыс. км3 и есть значение полного поверхностного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется воды больше (441 тыс. км3), чем выпадает осадков (411 тыс. км3). Разница восполняется речным стоком. Часть испарившейся воды с поверхности океана переносится с атмосферными потоками, выпадает в виде осадков над сушей и поступает обратно в океан с поверхностным стоком и через грунтовые воды. Циркуляция воды между Мировым океаном и сушей – важнейшее звено в поддержании жизни земных организмов и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой материей. Одновременно вода в геологическом круговороте – величайшая трансформирующая сила, которая способствует постепенному разрушению литосферы, переносу ее составных частей в глубины морей и океанов. Круговорот углерода. Это один из важнейших круговоротов веществ в биосфере. Изменения глобального масштаба в круговороте углерода, связанные с человеческой деятельностью, приводят к неблагоприятным для биосферы последствиям. С углеродом непосредственно связано содержание кислорода в атмосфере и его круговорот в биосфере. Углерод участвует в большом и малом круговоротах. Его соединения в биосфере постоянно возникают, испытывают превращения и разлагаются. Основной путь миграции углерода – от углекислого газа атмосферы в живое вещество из живого вещества в углекислый газ атмосферы. При этом часть его выходит из круговорота, оставаясь в почве или откладываясь в осадочных породах. Круговорот углерода контролирует содержание кислорода в атмосфере. Освобожденный кислород при фотосинтезе почти полностью используется при дыхании организмов и минерализации отмершей органической массы, а также частично консервируется в литосфере. Только незначительная часть его (0,04 %) пополняет содержание кислорода в атмосфере. Расход кислорода на сжигание топлива в 100-200 раз превышает его поступления в атмосферу в результате фотосинтеза. На сжигание топлива используется кислород, уже накопленный атмосферой, и ежегодное его уменьшение происходит примерно на одну десятитысячную часть его массы в атмосфере. Поэтому полное сжигание углеродного топлива уменьшит содержание кислорода в атмосфере на долю процента. Значительные изменения массы кислорода могут быть только за очень длительные промежутки времени, измеряемые миллионами лет. По этой причине наибольшую вероятную опасность для биосферы представляет нарушение круговорота углерода. Круговорот азота. Азот, как углерод и большинство других химических элементов, участвует в большом и малом круговоротах веществ. Его круговорот – один из наиболее сложных в биосфере. Азот – незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Источник азота в биологическом круговороте – нитраты и нитриты, которые поглощаются растениями из почвы и воды. Частично азот поступает из атмосферы в экосистемы в виде оксида азота, образующегося под действием электрических разрядов во время грозы. У растений нет способности извлекать азот непосредственно из воздушной среды, хотя в атмосфере его содержится около 80 %. Существует несколько видов бактерий и сине-зеленых водорослей, которые способствуют фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот. Фиксированный азот почвы не только поглощается корневыми системами растений. Часть его соединений выносится в реки, а из них в моря и океаны. В поверхностных слоях воды азот потребляется растительными микроорганизмами. Потеря азота восполняется новыми поступлениями из суши, в результате вертикального перемешивания воды, выпадения аммиака из атмосферы и разложения остатков растений и животных в поверхностных слоях воды. При естественном ходе круговорота эти процессы не вызывают резких колебаний содержания азота в воде морей и океанов за исключением зон переноса его из суши. Антропогенные нарушения круговорота азота в биосфере связаны со сжиганием топлива в двигателях наземного и воздушного транспорта, на тепловых электростанциях, теплоэнергетических установках, а также с промышленной фиксацией азота – производством удобрений. Проблема нарушения круговорота азота в биосфере и на конкретных территориях дискутируется долгие годы, однако интенсификация сельского хозяйства, развитие химической промышленности, теплоэнергетики и транспорта делают ее все более трудноразрешимой. Круговорот фосфора. Биологическое значение фосфора в жизни организмов исключительно велико: его соединения входят в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем переноса энергии, мозга и костной ткани. Как углерод и азот, фосфор участвует в биологическом и геологическом круговороте веществ. Резервуаром фосфора в биологическом круговороте служит не атмосфера, а литосфера, точнее фосфоросодержащие горные породы, прежде всего апатиты. В процессе их выветривания Из почвы фосфор извлекается в виде растворимых фосфатов, с растительной пищей фосфор потребляют животные. В результате фосфаты попадают в почвы, в большом количестве выносятся в моря, откладываясь в мелководных осадках и рассеиваясь на больших глубинах. В результате бактериальных преобразований в почве органический фосфор растительного опада, отмерших животных и их выделений трансформируются в фосфаты. Фосфатразрушающие бактерии продолжают биологический круговорот фосфора, в итоге приводя к поступлению ионов фосфора в водную среду. Круговорот фосфора в биосфере оказался резко нарушенным в результате широкого применения фосфорных удобрений в сельском хозяйстве, получение в промышленных масштабах многочисленных фосфорсодержащих препаратов, используемых в быту и т.д. В результате произошло перераспределение содержания фосфатов на суше и в гидросфере. В зонах концентрации населения, сельского хозяйства наблюдается аномально высокая, малообратимая аккумуляция органических соединений фосфора, в то время как большая часть углерода и азота в газообразном виде рассеивается в атмосфере. Круговорот серы. Сера имеет важное биологическое значение, поскольку в составе широко распространенных в живой природе аминокислот, белков и других сложных органических соединений она содержится во всех организмах. В большом, геологическом, круговороте сера переносится с океана на материки с атмосферными осадками и возвращается в океан со стоками. Одновременно ее запасы в атмосфере пополняются за счет вулканической деятельности, добычи полезных ископаемых и других источников. В малом кругообороте сульфаты поглощаются растениями и входят в состав аминокислот, белков и эфирных масел. Поедая растения, серу получают животные. При разрушении белков с участием микроорганизмов образуется сероводород, который в дальнейшем окисляется или до элементарной серы или до сульфатов. В первом случае формируются месторождения серы, во втором – залежи гипса. Гипс может подвергаться разрушению, и сера в таком случае возобновляет свой круговорот. Основной дополнительный поставщик серы в большой круговорот – теплоэнергетические установки, транспорт, которые при сжигании топлива выбрасывают сернистый газ. Экологическая опасность сернистого ангидрида состоит в том, что он, окисляясь, образует серный ангидрид, который соединяясь с водными парами в атмосфере, превращается в аэрозоли соляной кислоты. Продолжительность всего цикла – от момента естественных или техногенных выбросов сернистого ангидрида до удаления из атмосферы паров серной кислоты составляет 5 – 14 суток. С воздушными потоками аэрозоли серной кислоты мигрируют на значительные расстояния, иногда на сотни километров, и выпадают в виде «кислотных» дождей. Многочисленные реки и озера, в результате выпадения «кислотных» дождей подвержены загрязнению серными и азотистыми соединениями. Испытывают воздействие «кислотных» дождей и лесные массивы умеренной зоны. Во всех рассматриваемых случаях круговорота обнаруживаются явные глобальные изменения в биосфере вследствие деятельности человека. Однако их региональное проявление неоднородно. Пока нет всеобъемлющей научной концепции, которая позволила бы оценить масштабы этого разрушения. Трудность заключается в том, что нет возможности определить показатели природных условий «чистой» биосферы и допустимого уровня ее загрязнения, а все составляющие ее компоненты чрезвычайно мобильны и изменчивы. Работы В.И. Вернадского «Живое вещество», его химический состав и геохимическая роль. Понятие ноосферы по В.И. Вернадскому. Ноосфера (от греч. «noos» - разум, «sphaira» - шар, сфера) – сфера разума – это целостная планетарная оболочка Земли, населенная людьми и преобразованная ими в соответствии с законами сохранения и поддержания жизни для гармоничного сосуществования общества с окружающей средой. (по Вернадскому) Определение и виды природных ресурсов. Классификация природных ресурсов. Природные ресурсы — это совокупность естественных тел, веществ и явлений природы, которые человек использует для достижений целей, направленных на обеспечение своего существования. К ним относятся: воздух, солнце, ветер, вода, земля, лес, естественные строительные материалы, Классификация природных ресурсов по видам: · природные явления (например, солнечная энергия, ветер, приливы и отливы океана) · животный мир · растительный мир · природные вещества (вода, воздух, почва) · полезные ископаемые (например, нефть, золото, руды); полезные ископаемые могут быть готовыми к потреблению (уголь, драгоценные и отделочные камни, соль) и требующими переработки, синтеза (нефть, руда, синтетические удобрения). Классификация природных ресурсов по исчерпаемости: · неисчерпаемые природные ресурсы— природные физические явления и тела, количество и качество которых практически не меняется или меняется лишь неощутимо в процессе длительного природопользования. Такими ресурсами являются солнечная энергия, ветровая энергия, энергия движущейся воды, энергия земных недр. · исчерпаемые природные ресурсы— природные физические тела и явления, количество и качество которых существенно изменяются в процессе длительного природопользования. Классификация природных ресурсов по возобновимости исчерпаемых ресурсов: возобновимые— способные к самовоспроизводству (растительный и животный мир, мир микроорганизмов); невозобновимые — образовавшиеся в недрах земли в течение миллионов лет (рудные и нерудные полезные ископаемые, длительное пользование которыми приводит к истощению их запасов, пополнение которых практически невозможно); относительно возобновимые— способные к воспроизводству в темпах, отстающих от темпов потребления (чернозем, деревья большого возраста — секвойя, баобаб, слоновое дерево и др.).  Современное состояние природных систем Земли, основные экологические проблемы. Истощение природных ресурсов. Сельское хозяйство как фактор воздействия на окружающую среду. Красная книга. Кра́сная кни́га — аннотированный список редких и находящихся под угрозой исчезновения или исчезнувших животных, растений и грибов[1]. Красная книга является основным документом, в котором обобщены материалы о современном состоянии редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений и животных, на основании которых проводится разработка научных и практических мер, направленных на их охрану, воспроизводство и рациональное использование. В Красную книгу заносят виды растений и животных, которые постоянно или временно растут, либо обитают в естественных условиях на определённой территории (преимущественно территории отдельно взятой страны), и находятся под угрозой исчезновения. Виды животных и растений, занесённые в Красную книгу, подлежат особой охране на всей отдельно взятой территории, которую охватывает конкретное издание Красной книги. |