КУРСОВАЯ РАБОТА
По предмету: Фундаментальная и прикладная биология
На тему «Биосфера и свойства биомассы планеты Земля. Возникновение и развитие биосферы. Ноосфера»
Направление - 05.03.06 «Экология и природопользование»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Биосфера и свойства биомассы планеты Земля
1.1 Структурные уровни биосферы
1.2 Биосфера как глобальная экосистема
1.3 Круговорот вещества в биосфере
2. Возникновение и развитие биосферы
2.1 История развития биосферы
2.2 Учение о биосфере. История изучения биосферы
2.3 Этапы развития учения о ноосфере
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Биосфера играет ключевую роль в существовании жизни на Земле. Благодаря взаимодействию биотической и абиотической части, образуется уникальная среда - экосистема, в которой происходит круговорот вещества, обеспечивающий поддержание баланса биоценозов.
Человек является непосредственно связанным с биосферой. Он не может покинуть эту оболочку, нуждаясь в постоянном поступлении энергии от продукции, производимой продуцентами экосистем, защите от космического излучения и пригодном для жизни микроклимате. Поэтому жизненно важной задачей современного человечества является сохранение среды их обитания в состоянии равновесия (переход от техносферы к ноосфере - разумно управляемой сфере). Целостное представление о механизме работы составляющих биосферу компонентов даёт понимание важности сохранения каждого компонента, что особенно актуально сейчас, когда нерациональное использование ресурсов биосферы нарушает баланс, приводя к необратимым процессам разрушения тонкой «оболочки жизни» [3,с.14]. вернадский ноосфера биосфера экосистема
Объект исследования - уровни и компоненты биосферы.
Предмет исследования - глобальная экосистема.
Цель курсовой работы - показать и обосновать утверждение о том, что биосфера является глобальной экосистемой, что даст понимание того, что биосфера, как всякая система существует за счет взаимополезного взаимодействия ее составляющих, и неосмотрительное удаление или изменение любого компонента влечет за собой изменение остальных, что может иметь негативные последствия для биосферы, в том числе и для человечества.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач, заключающихся в поэтапном описании биосферы с точки взгляда на нее, как на экосистему:
ѕ изучить структурные уровни и абиотические компоненты биосферы;
ѕ изучить понятие «экосистема» и ее классификацию;
ѕ проанализировать исторические этапы становления и развития биосферы;
ѕ рассмотреть Учение В.Вернадского о биосфере;
ѕ изучить понятие «ноосфера» и проанализировать переход биосферы к ноосфере.
1. Биосфера и свойства биомассы планеты Земля
1.1 Структурные уровни биосферы
Биосфера в современном понимании - это оболочка Земли, содержащая живое вещество и ту часть абиотической среды, в непрерывном обмене с которым находится биовещество [9,с.51]. Под живым веществом здесь подразумевается совокупность всех организмов, населяющих Землю. Биосфера распространяется на нижнюю часть атмосферы, гидросферу и тонкую верхнюю полосу литосферы и поверхность почвы. Однако, разделение это несколько условно, так как отдельные «островки жизни», обусловленные техногенезом, могут встречаться за пределами слоя жизни [2,с.13], например, космические корабли, буровые скважины.
Термин «биосфера» обозначает сферу жизни. Именно в таком понимании понятие «биосфера» было введено в науку в 1875 году, австрийским геологом и палеонтологом Зюссом. Конечно, до этого данное понятие встречалось в науке, но под такими названиями, как «пространство жизни», «картина природы», «живая оболочка Земли».Биосфера, в нынешнем понимании, это своеобразная оболочка Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов, а также ту часть вещества планеты Земля, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 - Биомасса организмов Земли
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. [7, с.181]. Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов и самого различного образования их жизни.
Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи:
1.Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.
2.Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.
3.Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.
4.Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.
Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.
5.Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.
6.Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва).
В биосфере выделяют следующие структурные уровни (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Структурные уровни биосферы
Аэробиосфера расположена в пределах атмосферы (газовой оболочки планеты). Вещество в атмосфере распределено неравномерно, что обуславливается уменьшением плотности воздуха с удалением от поверхности. Обычно атмосферу делят на три крупных совокупности слоев: тропосферу (от поверхности до высоты 8-10 км), стратосферу (8-10 км до озонового слоя) и ионосферу (выше озонового слоя). В более подробном рассмотрении, подразделяется на тропобиосферу (соответствует тропосфере - 8-10 км.), в которой сосредоточены почти все аэробионты (организмы, постоянно живущие в слое воздуха, нуждающиеся во влажности и взвешенных частицах - аэрозолях; в основном - бактерии), и альтобиосферу (от 8-10 км). До озонового слоя, после которого жесткое ультрафиолетовое излучение не допускает существование жизненных форм.
В настоящее время иногда также выделяют парабиосферу (выше озонового слоя, куда некоторые организмы могут случайно попадать, но не могут нормально существовать), апобиосферу (слой выше 60-80 км., куда живые организмы никогда не поднимаются, но биовещество может заноситься в очень незначительных количествах) и артебиосферу (космическое пространство, в котором биологические существа существуют на созданных человеком ограниченных пространствах, т.е. космических спутниках, космических станциях и т.п.)[5,с.71].
Гидробиосфера. Водная оболочка планеты, представленная океанами, морям, и наземными водами (гидросфера). Простирается от поверхности водоемов до глубины 11 км. (Марианская впадина). Подразделяется на марианобиосферу (или океанобиосферу) и аквабиосферу, которая в свою очередь некоторыми учеными делится на лимноаквабиосферу (биосфера озер;
в том числе галолимнобиосферу - биосферу соленых озер) и реаквабиосферу (реки).
Геобиосфера. Самая населенная организмами оболочка, распространяющаяся от поверхности почвы на границе с атмосферой и гидросферой до глубины нескольких километров (верхняя часть литосферы). Геобиосфера подразделяется на поверхностную часть - террабиосферу, и подземную часть - литобиосферу (рисунок 1.3).
Последняя не имеет окончательно установленных нижних границ и теоретически может распространяться до 20-25 км., на которой вследствие температур около 450оС при любом давлении вода превращается в пар, делая существование любых организмов невозможным [5,с.51].
Сегодня глубины распространения микроорганизмов, подтвержденные опытно, составляют около 2 км [2,с.27].
Рисунок 1.3 - Соотношение слоев биосферы с высотами их распространения
1.2 Биосфера как глобальная экосистема
Экосистема - система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними [3,с.29].
Отличительной чертой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы, поэтому не каждая система взаимоотношений, естественная или искусственная, может называться экосистемой.
Так как экосистемы являются сложными системами, то их классифицируют по нескольким признакам [12,с.102].
По размеру выделяют:
ѕ микроэкосистемы. Экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: небольшой водоем, гниющий ствол упавшего дерева и т.п.;
ѕ мезоэкосистемы. Примерами могут служить лес, река и т.п.;
ѕ макроэкосистемы. Имеют очень большое распространение (в пределах морей, океанов, материков), например, горы Анды, материк Австралия;
ѕ глобальную экосистему, которая является аналогом биосферы.
Стабильность экосистем увеличивается вместе с широтой охвата территории.По степени антропогенного воздействия экосистемы подразделяют на три вида [11,с.109]:
ѕ природные (или естественные) - экосистемы не нарушенные влиянием человека. Например, отдаленные от человеческих поселений джунгли в Амазонии, заповедники, океанические впадины;
ѕ социоприродные - естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище);
ѕ антропогенные - системы, созданные человеком для извлечения выгоды. Делятся на техногенные и агроэкосистемы.
Также экосистемы можно классифицировать по многим другим признакам: структуре (наземные, пресноводные, морские, прибрежные и т.д.); источникам энергии (основной источник - Солнце, но присутствуют также другие субсидирующие источники) [4,с.88].
Так как биомы (макроэкосистемы) распределены согласно консорциям, экосистемы принято классифицировать по типу преобладающего фитоценоза:
Наземные биомы: вечнозеленый тропический дождевой лес; полувечнозеленый тропический лес; пустыня: травянистая и кустарниковая; чапараль - районы с дождливой зимой и засушливым летом, тропические степи и саванна; степь умеренной зоны; листопадный лес умеренной зоны; бореальные хвойные леса; тундра: арктическая и альпийская.
Водные экосистемы классифицируются по отличительным признакам: солености воды, особенностям водоема.
Типы пресноводных экосистем:стоячие воды: озера, пруды и т.д.; текучие воды: реки, ручьи и т.д.; заболоченные угодья: болота и болотистые леса. Типы морских экосистем: открытый океан; воды континентального шельфа (прибрежные воды); районы апвеллинга (районы подъема глубинных вод к поверхности; плодородные районы с продуктивным рыболовством); эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д.).
Следует учитывать то, что приведенная классификация охватывает только крупные экосистемы - биомы.
В экосистеме можно выделить два компонента - биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества - консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.
Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца. Солнечная энергия поглощается в биосфере неравномерно, что можно видеть на рисунке 1.4.
Рисунок 1.4 - Поступление и распределение солнечной энергии
Энергия солнца поглощается лишь частично, и на каждый новый трофический уровень переходит лишь около 10% (Правило Линдемана) [12,с.19], что обуславливает ограниченную длину цепей питания (обычно 5-6 уровней), соответственно можно сказать, что на долю консументов приходится значительно меньше энергии, чем на долю плотоядных, плотоядных - меньше чем фитофагов и т.д. (рисунок 1.5).