Основные процессы в биосфере

Известно, что в древнем мире славились созданные руками человека семь чудес - гробница царя Мавзола в Гали-карнасе, египетские пирамиды, гигантская статуя - Колосс родосский, изваяние Зевса работы великого Фидия в Олимпии, мраморная башня маяка на острове Фарос в Александрии (около 180 м высотой), храм Артемиды в Эфесе и висячие сады в Вавилоне (сады Семирамиды). К сожалению, до нас сохранились лишь египетские пирамиды, возможность же познать радость восприятия остальных удивительных произведений зодчества и скульптуры мы потеряли навсегда.

Современная эпоха подарила миру много полезного, подлинных достижений человеческого разума, но на сегодня к "семи чудесам света" следует отнести нечто иное:

чистую воду,

чистый воздух,

естественный ландшафт,

растительный мир (флору),

животный мир (фауну),

климат планеты,

минеральные ресурсы.

Именно они составляют природную среду - биосферу, в которой живет мы с Вами и которую обязаны разумно использовать и сохранять для будущих поколений.

Понятие "биосфера", т.е. "область жизни", было введено в биологию Ламарком (1744-1829 гг.) в Париже в начале XIX в., а в геологию Э. Зюссом (1831-1914 гг.) в Вене в конце того же века.

Под биосферой понимается оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в значительной мере обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов. Биосфера охватывает нижние слои атмосферы (до 25-35 км), гидросферу и верхнюю часть литосферы (на глубину около 16 км). Функционирование биосферы обеспечивается в основном благодаря солнечной энергии, которая вызывает два круговорота вещества в природе: большой (геологический) и малый (биологический).

Геологический круговорот - это круговорот вещества между мировым океаном и сушей. Биологический круговорот - это круговорот вещества между животными, микроорганизмами, растениями и почвой. Оба круговорота взаимосвязаны. Лучистая энергия, получаемая поверхностью Земли от Солнца, составляет примерно 1,2 10'7 Дж. Около 50 % этой энергии тратится на испарение воды - основного процесса в геологическом круговороте вещества. Расход же лучистой энергии на биологический круговорот составляет всего 0,1-0,2 %. Несмотря на то, что энергоемкость этих двух круговоротов сильно различается, основой существования биосферы является биологический круговорот. Важнейшим процессом биологического круговорота является фотосинтез, т.е. превращение растениями и микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органического вещества. Классическое уравнение фотосинтеза имеет следующий вид:

С02 + Н20 = (СН20) + 02. (1)

Растения в процессе фотосинтеза, потребляя из почвы минеральные вещества, а из воздуха - углекислый газ, выделяют кислород, создавая при этом органические вещества, называемые продуцентами (от лат. producentis - производящий, создающий). Животные потребляют кислород и растения и выделяют углекислоту. Это консументы (от лат. consume - потребляю). Бактерии, грибы, растения и др., называемые редуцентами (от лат. reducentis - восстанавливающий), разлагают мертвое органическое вещество, превращая его в неорганическое (которое впоследствии будет использовано продуцентами), замыкая тем самым цикл круговорота вещества и обеспечивая подготовку следующего цикла. Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле образуется более 100 млрд т органического вещества, усваивается 200 млрд т СОг и выделяется около 145 млрд т свободного Ог. Полагают, что круговорот кислорода атмосферы через организмы происходит примерно за 2 тыс. лет, полный цикл круговорота углекислоты занимает 300 лет, а вся вода океанов, морей и рек разлагается и восстанавливается в биологическом круговороте за 2 млн лет.

Для сохранения относительной стабильности биологического круговорота приход органического вещества за счет фотосинтеза должен компенсироваться его расходом, т.е. потреблением его животными и микроорганизмами. Их работа может быть оценена величиной порядка 232,5 109 т сухого органического вещества. Суммарная же биомасса животных и микроорганизмов планеты в сухом виде составляет 23 109 т. Поэтому наземные организмы должны ежегодно разрушать массу органического вещества, в десять раз превосходящую их собственную.

Интенсивность биологического круговорота зависит от природных условий и проявляется через формирующиеся (применительно к этим условиям) экологические системы или биогеоценозы. Каждый биогеоценоз (сообщество различных видов организмов, обитающее в определенных условиях, или экосистема) представляет собой своеобразную модель биосферы в миниатюре, и этим в значительной мере определяется общая устойчивость биосферы и ее способность к эволюции.

Многообразие форм жизни, тесная зависимость видов организмов друг от друга и от абиотических факторов (абиотические факторы - совокупность условий неорганической среды, влияющих на организм) превращают биосферу в саморегулирующуюся систему, обладающую высокой сопротивляемостью.

Элементы биосферы как ресурсы естественной среды обитания могут быть разделены по принципу исчерпаемости на две большие группы: исчерпаемые и неисчерпаемые.

К неисчерпаемым природном ресурсам относятся водные (связанные единым круговоротом), атмосферный воздух и космические ресурсы (солнечная радиация, энергия морских приливов и др.). Эти виды ресурсов обладают большой способностью к возобновлению. Однако качество таких ресурсов, как вода и воздух, может существенно ухудшаться под воздействием антропогенных факторов.

Исчерпаемые ресурсы в свою очередь подразделяются по признаку возобновляемости на возобновляемые и невозобновляемые.

В группу исчерпаемых возобновляемых ресурсов входят: флора, фауна, почва, а также некоторые виды минеральных ресурсов (например, соли, осаждающиеся в озерах и лагунах). Однако при нерациональном использовании эти ресурсы могут перейти в группу исчерпаемых невозобновляемых. К исчерпаемым невозобновляемым относятся и минеральные ресурсы недр.

Формы и интенсивность потребления природных ресурсов меняются в соответствии с развитием производительных сил общества и уровнем научно-технического прогресса.