Основы экологии: учение о биосфере по вернадскому

Учение Вернадского о биосфере

Большие достижения в естественных науках совершил В.И. Вернадский. У него есть множество работ, и он стал основателем биогеохимии – нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.

На сегодняшний день существует несколько понятий биосферы, основным среди которых считается следующее: биосфера – это среда существования всех живых организмов.

Область охватывает большую часть атмосферы и заканчивается в начале озонового слоя. Также в биосферу входит вся гидросфера и некоторая часть литосферы.

Ученый Вернадский считал, что биосфера – это организованная сфера планеты, которая находится в контакте с жизнью. Он первый создал целостное учение и раскрыл понятие «биосферы». Работа российского ученого началась в 1919 году, а уже в 1926 гений презентовал миру свою книгу «Биосфера».

Согласно Вернадскому биосфера – это пространство, область, место, которое состоит из живых организмов и среды их обитания. Кроме того, ученый считал биосферу производным. Он утверждал, что она является планетарным явлением, имеющим космический характер.

Особенностью данного пространства является «живое вещество», которое населяет пространство, а также придает уникальный облик нашей планете. Под живым веществом ученый понимал все живые организмы планеты Земля.

Вернадский считал, что на границы и развитие биосферы влияют различные факторы:

• живое вещество;
• кислород;
• углекислый газ;
• вода в жидком состоянии.

Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества и чрезмерно соленая вода.

Изначально Вернадский считал, что биосфера состоит из семи разных веществ, связанных между собой геологически. К ним относятся:

• живое вещество – данный элемент состоит из огромной биохимической энергии, которая создается в результате непрерывного рождения и умирания живых организмов;
• биокосное вещество – создается и перерабатывается благодаря живым организмам. К данным элементам относится почва, горючие ископаемые и др.;
• косное вещество – относится к неживой природе;
• биогенное вещество – совокупность живых организмов, например, лес, поле, планктон. В результате их гибели образуются биогенные породы;
• радиоактивное вещество;
• космическое вещество – элементы космической пыли и метеориты;
• рассеянные атомы.

Чуть позже ученый пришел к выводу, что в основе биосферы лежит живое вещество, под которым понимается совокупность живых существ, взаимодействующих с неживым костным веществом.

Также в биосфере есть биогенное вещество, которое создается с помощью живых организмов, а это преимущественно горные породы и минералы.

Помимо этого, в биосферу входит биокосное вещество, произошедшее вследствие взаимосвязи живых существ и косных процессов.

Вернадский тщательно изучал свойства биосферы и пришел к выводу, что основой функционирования системы является бесконечный круговорот веществ и энергии. Данные процессы возможны только в результате деятельности живого организма. Живые существа (автотрофы и гетеротрофы) создают необходимые химические элементы в процессе своего существования.

Так, с помощью автотрофов происходит преобразование энергии солнечного света в химические соединения. Гетеротрофы, в свою очередь, потребляют созданную энергию и приводят к разрушению органических веществ до минеральных соединений. Последние являются фундаментом для создания новых органических веществ автотрофами.

Таким образом, происходит цикличный круговорот веществ.

Именно благодаря биологическому круговороту биосфера представляет собой самоподдерживающуюся систему. Циркуляция химических элементов является основополагающей для живых организмов и существования их в атмосфере, гидросфере и почве.

Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос».

Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится.

Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете.

Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения:

• биосфера является организованной системой;
• живые организмы являются доминирующим фактором на планете, и они сформировали современное состояние нашей планеты;
• на земную жизнь оказывает влияние космическая энергия

Таким образом, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Многие его утверждения актуальны на сегодняшний день. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут.

Работы известного российского ученого распространены по всему миру и используются в наше время. Широкое применение учений Вернадского можно увидеть не только в экологии, но и в географии.

Благодаря работам ученого охрана и забота о человечестве стала одной из самых актуальных задач на сегодняшний день. К сожалению, с каждым годом проблем с окружающей средой становится всё больше, что ставит под угрозу полноценное существование биосферы в будущем.

В связи с этим, необходимо обеспечить устойчивое развитие системы и минимизировать развитие негативных воздействий на окружающую среду.

Источник: https://ECOportal.info/uchenie-vernadskogo-o-biosfere/

Учение о биосфере

Учение о биосфере Земли — одно из крупнейших и наиболее интересных обобщений современного естествознания. Оно является научной основой для исследования природных объектов и комплексного подхода при организации современного производства.

Жизнь на планете протекает и развивается лишь в тонком слое атмосферы, гидросферы и литосферы. Вот эту тонкую земную оболочку, населенную организмами, принято называть биосферой.

Биосфера — область «жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором обитают живые существа.

Величие В.И. Вернадского в том, что он впервые понял и научно обосновал единство человека и биосферы.

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) — крупный отечественный ученый, минералог и кристаллограф, один из основоположников геохимии и биогеохимии.

Суть этого учения: биосфера – это качественно своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.

Основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере.

Планета Земля характеризуется наличием трех поверхностных геосфер — гидросферы, литосферы, атмосферы.

Гидросфера, или водная оболочка Земли, представлена океанами, морями, озерами, реками и искусственными водоемами.

Водная оболочка покрывает около 71% поверхности земного шара, наибольшая глубина в западной части Тихого океана достигает 11,5 км (Марианская впадина).

Литосфера, или земная кора, представляет собой внешнюю твердую оболочку земного шара мощностью в несколько десятков километров. В контексте биосферы под литосферой обычно понимают только поверхностную ее часть — почву.
Атмосфера, или воздушная оболочка, состоит из нескольких слоев: тропосферы до 15 км высоты над поверхностью Земли; стратосферы, с озоновым экраном, простирающейся до 100 км высоты; ионосферы, представляющей слой разреженного газа, высотой до 500 км. Биосфера включает в себя: 1) Живые организмы (растения, животные, микроорганизмы). 2) Тропосфера (нижний слой атмосферы). 3) Гидросфера (океаны, моря, реки и т.д.). 4) Литосфера (верхняя часть земной коры). Возраст биосферы приблизительно 4 млрд. лет.

Схема строения биосферы

Вернадский различал следующие категории веществ: 1) живое вещество – совокупность живых организмов, населяющих биосферу, (от простейших вирусов до человека), характеризуется химическим составом, массой, энергией, информацией; трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот).

Имеет минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почвенный покров, воздух, вода). 4) косное вещество — все, что не имело связи с живым (застывшая лава, вулканический пепел). 5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.).

6) Рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии. 7) Вещество космического происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны. В пределах биосферы существуют 4 среды жизни: две мертвые (вода, воздух), одна биокосная (почва) и одна живая (организм).

Процессы, протекающие в экосистеме (число живых организмов, скорость их развития и т.п.), зависят от количества энергии, поступающей в экосистему, и от циркуляции веществ в экосистеме. Биосфера является энергетически незамкнутой системой, в которой идет поглощение энергии из внешней среды.

Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более 2 млн. организмов , из них 0,5 – растения, 1,5 – растения и микроорганизмы (из них 1 млн. насекомых).

Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ использования энергии.

Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере. Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, известняк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воздействием жизни. Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Особенности функционирования живых существ:

• способность к самовоспроизведению; • способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды; • способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.

Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.

Круговорот веществ в биосфере

Основной принцип функционирования экосистем — получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.

Рассмотрим такой круговорот для основных компонентов, входящих в состав биосферы.

Круговорот углерода

Для примера рассмотрим круговорот углерода. В атмосфере запасы углерода в виде СО2 невелики, в земной коре они присутствуют в виде ископаемого топлива. Когда около 2 млрд лет назад на Земле появилась жизнь, атмосфера в основном состояла из СО2. Первые организмы были анаэробными, т.е. жили в отсутствие кислорода.

Накопление кислорода обусловлено существованием зеленых растений. Сейчас его запасы на Земле оцениваются в 1,6-105т. Эту массу зеленые растения могут создать за 10 тыс. лет. Поступивший в атмосферу по разным причинам углерод усваивается зелеными растениями, выделяющими в процессе своей жизнедеятельности кислород.

А в результате потребления животными органических соединений происходит окисление органических веществ до углекислого газа, который поступает в атмосферу. Иными словами, углерод — главный участник биотического круговорота.

Круговорот серы

Сера преобразуется в различные соединения и циркулирует в биосфере.

Из природных источников она попадает в атмосферу в следующем виде: сероводород (H2S) — бесцветный, дурно пахнущий ядовитый газ — при извержении вулканов, при разложении органических веществ в болотах и затапливаемых приливами низинах; диоксид серы (SO;) — бесцветный, удушливый газ при извержении вулканов; частицы сульфатных солей (например, сульфат аммония) – из мельчайших брызг океанической воды. Около трети всех соединений серы и 99 % диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов двуокиси серы в атмосферу. Остальная треть приходится на такие технологические процессы, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд. В атмосфере двуокись серы окисляется кислородом до газообразного триоксида серы, который при реакции с водяным паром образует мельчайшие капельки серной кислоты (H2SO4). Взаимодействуя с другими атмосферными компонентами, триоксид серы может образовывать мельчайшие частицы сульфатных солей. Серная кислота и сульфатные соли вносят свой вклад в образование кислотных осадков, нарушающих жизнедеятельность лесных и водных экосистем.

Круговорот воды

Гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды, состоит в следующем. Солнечная энергия и земное притяжение непрерывно перемещают воду между океанами, атмосферой, сушей и живыми организмами.

Важнейшими процессами этого круговорота являются испарение, конденсация, осадки и сток воды назад в море для возобновления цикла. Под воздействием поступающей солнечной энергии вода испаряется с поверхности океанов, рек, озер, почв и растений и поступает в атмосферу.

Ветры и воздушные массы переносят водяной пар в различные районы Земли. Понижение температуры в отдельных частях атмосферы приводит к конденсации водяного пара, образованию облаков и туманов и выпадению атмосферных осадков. Часть пресной воды возвращается на поверхность земли в виде осадков, замерзает в ледниках.

Однако в основном она заполняет понижения и ложбины и стекает в ближайшие озера, ручьи и реки, которые несут ее назад в океан, тем самым, замыкая кольцо круговорота.

Такой сток пресных вод с поверхности суши вызывает также эрозию почв, которая приводит к перемещению различных химических веществ в рамках других биогеохимических циклов. Значительная часть возвращаемой на сушу воды просачивается глубоко в фунт.

Там происходит накопление фунтовых вод в водоносных горизонтах — подземных резервуарах. Подземные источники и водотоки в итоге возвращают воду на поверхность суши и в реки, озера, ручьи, откуда она вновь испаряется или стекает в океан. Однако циркуляция подземных вод происходит несравнимо медленнее, чем циркуляция поверхностных и атмосферных вод.

Эволюция биосферы

Первый этап — возникновение и формирование биосферы, характеризуется развитием в гидросфере простейших водных организмов. Это были одноклеточные прокариоты (организмы, не имеющие оформленного ядра), которые в ходе эволюции разделились — на одноклеточных и многоклеточных, растения и животных, особей мужского и женского пола, продуцентов, консументов и редуцентов.

Постепенное увеличение в воде количества кислорода за счет жизнедеятельности организмов и его диффузия в атмосферу сделали возможным быстрое распространение жизни и развитие, обладающих оформленным ядром, клеток, что привело к эволюции более сложных живых систем. Когда содержание кислорода около 700 млн.

лет назад достигло примерно 8%, появились первые многоклеточные организмы. Примерно 600 млн. лет назад произошел эволюционный взрыв новых форм жизни таких, как губки, кораллы, черви, моллюски, морские водоросли и др. Таким образом, длительный период (3500 — 400 млн.

Вторым этапом эволюции биосферы можно считать появление у гидробионтов паразитов (временных вредных сожителей) и симбионтов (постоянных полезных сожителей). Это привело к формированию второй среды жизни — организма.

Явление симбиоза (и паразитизма) продолжало развиваться и с появлением новых сред жизни (воздух, почва).

Третий этап эволюции биосферы — выход организмов из водной среды на сушу, где под их непосредственным влиянием сформировались новые среды жизни — воздух и почва. Выход растений на сушу представлял собой настоящую революцию в истории биосферы, так как развитие окислительной атмосферы в результате фотосинтеза способствовало возникновению многоклеточности. обеспечило выход жизни на сушу. Образование почвы изменило структуру поверхностного слоя планеты, создав условия для мощного развития растительности. Это создало предпосылки для выхода на сушу различных животных. Началось формирование наземных позвоночных. Некоторые амфибии приобрели способность размножаться вне воды. Появились первые пресмыкающиеся. Насекомые начали завоевывать воздушную среду. 190 — 230 млн. лет назад на суше имело место взрывное развитие пресмыкающихся. Это было время динозавров. Около 190 млн. лет назад появились первые млекопитающие, птицы. Таким образом, около 400 — 350 млн. лет тому назад в биосфере сформировались четыре среды жизни, существующие и поныне: вода, почва, воздух и организм. На протяжении последующей истории Земли шло развитие этих сред жизни, обогащался их химический состав, возникали новые обитатели.

Четвертым этапом эволюции биосферы следует считать появление живорождения у животных: до рождения развивающихся в специальных органах тела матери, а после рождения ведущих свободный образ жизни в воде, воздухе или почве.

Пятым этапом эволюции биосферы следует считать социальный, когда человек из обычного биологического вида стал биосоциальным существом. На данном этапе эволюции биосферы развивающийся человек все более активно входит в различные биоценозы и экосистемы. Он истребляет одни виды, приручает и окультуривает другие, создает новые сорта растений и породы животных.
Шестой этап эволюции биосферы связан с ее переходом под влиянием разумной деятельности человека в состояние ноосферы (сферы Разума). Развитие жизни (биогенез), по представлениям В.И.Вернадского, пойдет по пути развития разума (ноогенеза). В связи с развитием общества и усилением его отрицательных воздействий на биосферу, особенно с наступлением эпохи научно-технической революции, приведшей биосферу в состояние глобального экологического кризиса, переход биосферы в ноосферу отодвинулся на неопределенное время. Техносферу не следует считать особым этапом развития биосферы, а лишь результатом воздействия человека на окружающую среду в условиях развития современного общества, одерживающего переход к ноосфере. Следует отметить, что предотвратить изменение среды невозможно, как невозможно остановить прогресс человеческого общества. Очевидно, необходимо так управлять процессами взаимоотношений между человеком и биосферой, чтобы они были взаимно выгодны и чтобы развитие общества не привело к деградации биосферы.

Итак, в процессе развития биосферы выделяют 3 уровня :
1) Биосфера (где человек воздействовал на природу незначительно).

2) Биотехносфера
Техносфера представляет собой совокупность искусственных объектов, созданных целенаправленной деятельностью человека, и природных объектов, измененных этой деятельностью. Современная биосфера – это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество – это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника – это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос – каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем, какими средствами избежать необратимых последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно, что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так, чтобы они были взаимовыгодны.
3) Ноосфера – сфера разума.
Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование – есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.

Источник: http://testent.ru/load/studentu/ehkologija/uchenie_o_biosfere/85-1-0-3749

Учение В.И. Вернадского о биосфере. – Лекции по экологии для колледжей

Перед  современным  обществом  стоит задача сохранить природные богатства сегодня и предупредить отрицательные последствия в будущем. Для этого необходимо изучить многообразные процессы, постоянно протекающие в природе. Основой является учение о биосфере Земли.

Биосфера (био – жизнь) – часть Земли, в которой развивается жизнь организмов, населяющих поверхность ' суши, нижние слои атмосферы, и гидросферу.

 Таким образом, биосфера включает в себя:

1) Живые организмы (растения,  животные, микроорганизмы).

2) Тропосфера (нижний слой атмосферы).

3) Гидросфера (океаны, моря, реки и т.д.).

4) Литосфера (верхняя часть земной коры).

Возраст  биосферы приблизительно 4млрд. лет.

Термин “биосфера” введен в 1875 г. австрийским геологом Зюссом. Основоположник современного учения – русский ученый Вернадский Владимир Иванович (1863 -1945 гг.).

Суть этого учения: биосфера – это качественно своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.

Биосфера представляет собой результат взаимодействия живой  и  неживой  природы. Элементы неживой природы связаны воедино с помощью живых организмов (рис.1).

Рис. 1

       Элементы неживой природы

      Атмосфера

                   Гидросфера                            Живые организмы       

                  Литосфера                                      Биосфера

Схема строения биосферы

                     Верхняя граница – озоновый слой

20000

                                                                                                          Стратосфера

10000                           Эверест (8848 м)                       

                                                                 почва

                                                                                                         Тропосфера

                        Литосфера                                                                 Гидросфера

                       Нефтяные воды

                 (присутствие бактерий )

3000                              Нижняя граница

Нижняя часть биосферы опекается на 3 км на суше и на 2 км ниже дна океана. Верхняя граница – озоновый слой, выше которого УФ излучения солнца исключаюторганическую жизнь. Основой органической жизни является углерод (С).

Решающее значение в истории образования биосферы имело появление на Земле растений, которые в процессе фотосинтеза синтезируют органические вещества из и   под действием солнечного света.

В результате фотосинтеза ежегодно образуется 100 млрд. тонн органического вещества.

Биосфера не может существовать без непрерывного биогеохимического круговорота веществ. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Различают малый и большой круг биотического обмена.

Большой круг биотического обмена – это безостановочный планетарный процесс циклического, неравномерного во времени и пространстве перераспределения веществ, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы. Примеры: круговорот воды, циркуляция атмосферы.

Малый биотический круговорот происходит на основе большого и заключается в циркуляции веществ между растениями, животными и микроорганизмами.

Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой как бы единый процесс.

Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.

Вернадский выделяет в биосфере  глубоко отличных и в то же время генетически связанных частей:

1) Живое вещество – живые организмы.

2)  Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть и т.п.).

3) Косное вещество – горные породы (минералы, глины…).

4) Биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды).

5) Радиоактивные   вещества,   получающиеся   в результате  распада радиоактивных  элементов (радий, уран, торий и т.д.).

6) Рассеянные   атомы   (химические   элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии.

7) Вещество   космического   происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны.

Живое вещество – это совокупность и биомасса живых организмов в биосфере.

Таблица   биомассы   организмов Земли.

Среда	Организмы	Масса, 1012 т	%
Суша	Растения	2,4	99,04
Животные	0,02	0,825
Океаны	Растения	0,0002	0,008
Животные	0,003	0,124
Суммарный	Общая биомасса	2,4232	100

Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более 2 млн. организмов , из них 0,5 – растения, 1,5 – растения и микроорганизмы (из них 1 млн. насекомых).

Свойства живого вещества.

1)          способность быстро занимать все свободное
пространство (по Вернадскому «всюдность жизни»). Это свойство связано как с интенсивным размножением, так и со способностью организмов интенсивно увеличивать поверхность своего тела или

образуемых ими сообществ.

Источник: https://students-library.com/library/read/19232-ucenie-vi-vernadskogo-o-biosfere

План-конспект урока по биологии (11 класс) на тему: Разработка урока “Общая характеристика биосферы. Учение В.И. Вернадского о биосфере.”

11 класс.

Тема урока: “Общая характеристика биосферы. Учение В.И. Вернадского о биосфере.”

Цели:

Образовательные: Сформировать знания об основных положениях учения о биосфере В.И.Вернадского, глобальных круговоротах в природе. Продолжить развитие умений работать с текстом и иллюстрациями учебника, с доской, таблицами и коллекциями. Продолжить развитие умений составлять схематические рисунки и объяснять их смысл.

Развивающие: Продолжить развитие мыслительных операций, таких как анализ, выделение главного, обобщение, сравнение при изучении постулатов учения о биосфере и круговоротах веществ в природе. Развитие коммуникативных умений при работе в малых группах.

Оборудование: выставка книг, журнальных и газетных статей о биосфере и жизнедеятельности В.И.Вернадского.

Средства обучения: Таблицы “Круговорот углерода”, “Круговорот азота”, “Круговорот кислорода”. Портрет В.И.Вернадского. Коллекция “Горные породы”. Видеофильм “Биосфера”.

Тип урока: изучения нового материала.

Основные понятия темы: Биосфера. Учение о биосфере В.И.Вернадского. Живое вещество. Органогенные породы. Биокосные тела. Круговорот веществ. Круговорот углерода. Круговорот азота. Круговорот кислорода.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Актуализация опорных знаний.

Фронтальная беседа по вопросам:

• Что такое биогеоценоз? Приведите примеры биогеоценозов.
• Дайте характеристику экосистеме.
• Какие изменения могут происходить с экосистемами?
• Что понимается под “устойчивостью экосистемы”?
• Может ли быть экосистема неустойчивой?
• Как осуществляется саморегуляция в экосистеме?
• Докажите, что смешанный лес является экосистемой.
• Каковы признаки живых систем?
• Является ли экосистема живой системой?

II. Постановка познавательной задачи

Биосфера – тонкий слой нашей планеты, населенный организмами, взаимодействующими с воздухом (атмосферой), водой (гидросферой) и земной корой (литосферой). Все живые существа зависят от сохранности ее целостности и устойчивости.

Докажите, что биосфера является глобальной экосистемой.

Изучение содержания нового материала

Термин “Биосфера” был впервые введен австрийским ученым Э.Зюссом в 1875 году для различения основных оболочек Земли: литосферы, атмосферы, гидросферы. Однако автор не акцентировал внимание на ее роль и зависимость от планетарных параметров Земли. Только В.И.Вернадский заложил основы учения о биосфере, сформулировав идею экосистемной ее организации.

Сообщение ученика о научной деятельности В.И.Вернадского (сопровождается демонстрацией портрета, книг и статей о В.И.Вернадском)

Родился в Петербурге 12 марта 1863 года. Его отец – Иван Васильевич – был профессором Петербургского университета и Александровского лицея, мать – Анна Петровна – была преподавателем музыки. С третьего класса учился в Петербургской классической гимназии. Изучал несколько европейских языков. Высшее образование получил на физико-математическом факультете Петербургского университета.

В 1884 году выступил с докладом “Об осадочных перепонках”. С 1885 года – хранитель Минералогического кабинета Московского университета. С 1888 по 1890 годы работал за границей. В 1897 году защитил докторскую диссертацию на тему: “Явление скольжения кристаллических веществ”. В 1906 году избран членом Государственного совета. С 1906 по 1918 годы выходит в свет “Опыт описательной минералогии”.

С 1921 года основал в Москве Радиевый институт и был назначен его директором. С 1923 по 1926 годы ведет исследовательскую и преподавательскую деятельность за границей, в этот период выходят труды “Геохимия”, “Автотрофность человечества”, “Биосфера”. В 1936 году публикуется “История минералов земной коры”. В 1944 году выходит статья “Несколько слов о ноосфере”.

Скончался в Москве в январе 1945 года.

Просмотр фрагмента видеофильма “Биосфера”

Задания.

1. Определите границы биосферы. Сделайте необходимые записи в тетради.

2.Выявите основные признаки и свойства биосферы.

Закрепление изученного материала

Обсуждение содержания видеофрагмента

Фронтальная беседа по вопросам:

• Какие оболочки Земли входят в состав биосферы, какие – не входят?
• Каковы верхние и нижние пределы жизни во всех оболочках Земли?
• Каково значение озонового экрана в атмосфере?
• Охарактеризуйте распределение живых организмов в наземно-воздушной, водной и почвенной среде.
• Какие горные породы называются органогенными? (используется коллекция “Горные породы”)
• Почему В.И.Вернадский отнес к особым обитателям – биокосные тела природы?
• Почему изменяется плотность жизни в различных частях биосферы?
• Что такое биомасса?
• Каковы свойства биомассы?

IV. Изучение нового материала

Постулаты учения о биосфере (В.И.Вернадский, 1926 г.)

Биосфера – устойчивая динамическая система, которая уже изначально была высокоорганизованна и целостна.

Биосфера была структурирована на совокупности организмов. Только благодаря их “массовому эффекту” осуществлялись разнообразные геохимические функции жизни, что и отражалось в окружающей среде.

Эволюционный процесс идет в определенной жизненной среде, состав и масса которой неизменны в геологическом времени… Выйти за пределы этой жизненной среды нельзя путем изучения эволюции видов.

Для осуществления полного кругооборота элементов в эволюции необходимо было участие “совокупностей”, состоящих из организмов разного уровня организации и различной таксономической принадлежности.

Все без исключения геохимические функции живых организмов в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными. По истечении геологического времени различные организмы замещали друг друга, однако не происходило изменений их функции.

Биологический круговорот – обмен веществ и энергии между различными компонентами биосферы, обусловленный жизнедеятельностью живых организмов и носящий циклический характер.

Из множества связанных друг с другом круговоротов отдельных биогеоценозов складывается установившийся за многие миллионы лет глобальный биогеохимический круговорот веществ биосферы, поддерживающий устойчивость жизни на планете.

Кислород, углерод, фосфор, азот, кальций сера, магний и другие.

Эти элементы называются биогенными (циклическими).

Различают два типа биогеохимических круговоротов: круговороты газов (углерод, кислород, азот и др.) и осадочные круговороты (сера, фосфор, кальций и др.).

Рассмотрим круговорот углерода (объяснение по таблице):

Зеленые растения и фотоавтотрофные бактерии в процессах фотосинтеза и хемоавтотрофные бактерии в ходе хемосинтеза превращают углекислый газ и углеводы в другие органические вещества. Зеленые растения, фотоавтотрофные и хемоавтотрофные бактерии – продуценты в биогеоценозах.

Одна часть органических веществ откладывается в виде запасов нефти, каменного угля, торфа, природного газа, гумуса.

Трупы, экскременты, остатки гетеротрофов, растительный опад используются сапрофитами – редуцентами (бактериями, грибами) и также окисляются в процессе энергетического обмена. Большую роль в минерализации органического углерода выполняет горение. Углекислый газ поглощается автотрофами, замыкая цикл.

Часть углекислого газа также депонируется, превращается в нерастворимые соли (карбонаты кальция и магния). Депонированный в виде топлива и гумуса органический углерод и депонированный в виде карбонатов неорганический углерод вовлекается в бактериальное окисление нефти, глубокое разрушение гумуса, растворение карбонатов кислотами, сжигание топлива и т.д.

V. Закрепление изученного материала

Задание: Зарисуйте схему “Круговорот углерода” в рабочей тетради, используя материалы учебника на С.134-135, информацию учителя и настенной таблицы.

Для схематизации используйте несколько правил:

• Изображайте значимую информацию упрощенными формами (геометрическими фигурами, символами, цифрами и т.д.).
• Отражайте основной смысл в центре рисунка.
• Не загромождайте изображение второстепенными, сложными деталями
• Применяйте цветовую и шрифтовую символику.

Работа в статических группах: Используя составленную схему, опишите круговорот углерода в природе.

• Каким образом живые организмы влияют на глобальный круговорот углерода?
• Может ли одно и тоже вещество многократно использоваться для построения живой материи? 

Просмотр фрагмента видеофильма “Круговорот азота”.

Задание перед просмотром: Составьте схему “Круговорот азота” в рабочей тетради.

Задание: Дополните схему “Круговорот азота” используя материалы учебника на С.135-136. Задание на 3 минуты.

Вопросы для фронтальной беседы:

1. Какие этапы круговорота азота могут осуществляться без участия организмов, а какие – нет?
2. Какова роль свободноживущих и симбиотических азотфиксирующих бактерий в круговороте азота?
3. Вследствие чего возникли нитратные загрязнения окружающей среды?
4. В чем заключается процесс денитрификации?
5. Чем отличается круговорот азота от круговорота углерода?
6. Каково влияние человеческой деятельности на круговороты азота, углерода?

VI. Домашнее задание

Прочитайте §21.

Объясните утверждение Г.А.Заварзина “…Нельзя говорить о существовании отдельных видов, а можно обсуждать только целые экосистемы”.

Индивидуальные творческие задания:

• Составьте модель “Круговорот кислорода в природе”
• Составьте карту-схему “Путешествие капельки воды в биосфере”.

Источник: https://nsportal.ru/shkola/biologiya/library/2016/12/21/razrabotka-uroka-obshchaya-harakteristika-biosfery-uchenie-v-i

1.2. Учение о биосфере: основные положения и понятия

Биосфера, согласно учению академика В.И. Вернадского, представляет собой наружную оболочку Земли, включающую все живое вещество и область его распространения (среду обитания).

Верхняя граница биосферы — защитный озоновый слой в атмосфере на высоте 20—25 км, выше которого жизнь невозможна ввиду воздействия ультрафиолетового излучения.

Нижней границей биосферы являются: литосфера до глубины 3—5 км и гидросфера до глубины 11—12 км (рис. 1.3).

Рис 1.3. Строение биосферы (по В.И. Вернадскому)  

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

Биосфера возникла около 4,5 млрд лет назад и прошла несколько этапов эволюционного развития: от первоначального круговорота органического вещества к биологическому круговороту — непрерывному обмену веществом и энергией между живыми организмами и окружающей средой в течение всей жизни организмов и после их смерти.

Важнейшими компонентами биосферы являются:

•  живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

•  биогенное вещество органического происхождения (уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.);

•  косное вещество (горные породы неорганического происхождения);

• биокосное вещество (продукты распада и переработки горных пород живыми организмами).

По В.И. Вернадскому, живое вещество является носителем свободной энергии биосферы и связано с неживым веществом биогенной миграцией атомов. Биомасса сухого вещества живых организмов Земли, включающих около 500 тыс.

видов растений и 1,5 млн видов животных, чрезвычайно велика и составляет, примерно, 2,4232*1012 т. Ежегодный прирост живого вещества на Земле составляет около 8,8*1011 т.

Через эти живые организмы прошло большое количество элементов верхней части литосферы, атмосферы и гидросферы.

Важным во взаимоотношениях организмов является пищевой — трофический фактор (от греч. trophe— пища). Первичное органическое вещество создают зеленые растения {продуценты — производители), используя солнечную энергию. Они потребляют углекислый газ, воду, соли и выделяют кислород.

Потребителей (консументов) можно разделит на два порядка:

I — организмы, питающиеся растительной пищей;

II — организмы, питающиеся животной пищей.

Редуценты (восстановители) — организмы, питающиеся разлагающимися организмами, бактерии и грибы. Здесь особенно велика роль микроорганизмов, до конца разрушающих органические остатки и превращающих их в конечные продукты (минеральные соли, углекислый газ, воду, простейшие органические вещества), поступающие в почву и вновь потребляемые растениями.

Все животные и растения избирательны к составу пищи в зависимости от необходимости в тех или иных минеральных элементах. Животные и растения — необходимые факторы среды по отношению к другим животным и растениям, они взаимно необходимы.

Каждый вид занимает то место, которое обусловлено его требованиями к территории, пище, воспроизводству и другими функциями организма. Эта совокупность параметров среды для обитания вида, место, занимаемое им в биосфере, называется экологической нишей. Все факторы в экологической нише взаимосвязаны: изменение одного из них влечет за собой изменение других.

Способность живых организмов адаптироваться к факторам среды характеризуется экологической валентностью, или пластичностью.

Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, состоящей из множества меняющихся во времени и пространстве явлений, условий, элементов, называемых экологическими факторами среды.

Это любые условия окружающей среды, оказывающие длительное или кратковременное влияние на живые организмы, реагирующие на эти влияния приспособительными реакциями. Они делятся на абиотические (факторы неживой природы) и биотические (факторы живой природы).

Принятый сегодня вариант классификации экологических факторов среды представлен в табл. 1.2.

Таблица 1.2
Классификация экологических факторов среды

Абиотические	Биотические
Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление	Фитогенные: растительные организмы
Эдафогенные («эдафос» — почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность	Зоогенные: животные
Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона	Микробиогенные: вирусы, простейшие, бактерии, риккетсии
Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов	Антропогенные: деятельность человека (в том числе строительная)

Биотические экологические факторы определяют взаимоотношения организмов. Указанные факторы в этом случае называют трофическими, т.е. пищевыми.

Экологические факторы под действием вновь полученных химических веществ, которых нет в природе, и техногенных компонентов, созданных человеком, сильно изменены. Появляются вещества-загрязнители, что приводит к нарушению сапрофитного (поддерживающего равновесие в экосистеме) взаимодействия в природной среде.

Это часто сопровождается гибелью животных, растений, приводит к нарушению функций, гибели всего живого и опустыниванию земли. Преобладающими видами в микробиоте становятся патогенные микроорганизмы, которые можно отнести к биологическим загрязнителям. Негативно изменяется состав атмосферы, повышается агрессивность подземных и грунтовых вод.

На планете наблюдаются потепление, нарушение озонового слоя, учащаются кислотные дожди.

Живые организмы в природе существуют в виде популяций — исторически сложившихся естественных совокупностей особей данного вида, связанных взаимоотношениями и адаптацией в условиях определенного района или иного места обитания (биотопа).

В естественных природных условиях численность и плотность популяции неслучайны, они определяются регулирующими (управляющими) экологическими факторами.

Способность среды поддерживать нормальную жизнедеятельность организма или популяции называется емкостью экосистемы.

Экологическая система (экосистема) — это совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования. В экосистеме связаны биоценоз (сообщество совместно живущих организмов) и биотоп (среда обитания). Основные типы природных экосистем на Земном шаре перечислены на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Основные типы природных экосистем  

В состав биогеоценоза входят:

•  растительный компонент (фитоценоз);

•  животный компонент (зооценоз);

•  микроорганизмы (микробиоценоз);

•  почва и почвенно-грунтовые воды, во взаимодействии с растительным, животным компонентами и микроорганизмами образующие эдафотоп;

•   атмосфера, которая, взаимодействуя с другими компонентами, образует климатоп;

•  неживая природа, представляющая собой косное вещество — экотоп.

Таким образом, биогеоценоз — пространственно обособленная, целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны между собой.

Основными компонентами биогеоценоза являются три группы организмов — растения, животные и микробы, с помощью которых вещества движутся от одного компонента к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе.

Экологические компоненты биогеоценоза (или ландшафта, или средообразующие компоненты) в экологии рассматриваются как основные материально-энергетические составляющие экологических систем. К ним, по Н.Ф. Реймерсу (рис 1.5.

), относятся: энергия, газовый состав (атмосфера), вода (жидкая составляющая), почвосубстрат, автотрофы-продуценты (растения) и организмы — гетеротрофы (консументы и редуценты).

Сегодня к этому перечню экологических компонентов прибавляют информацию.

Рис. 1.5. Экологические компоненты (по Н.Ф. Реймерсу)  

Экологические компоненты обеспечивают круговорот веществ и закономерное прохождение потока энергии в биосфере. Энергия Солнца, попадая на растения, создает предпосылки для осуществления фотосинтеза и создания органического вещества с привлечением газов атмосферы и минеральных веществ из почвосубстрата.

Органическое вещество растений потребляется животными и паразитическими растениями и, как растительное, так и животное, оно вновь разлагается после смерти микроорганизмами (редуцентами) на простые соединения (соли и газы), возвращающиеся, таким образом, в атмосферу и почвогрунты.

Так поддерживается равновесие в системе и происходит замыкание цикла круговоротов в природе.

В то же время все экологические компоненты являются природными ресурсами, качество которых определяет качество жизни человека, а антропогенное нарушение взаимодействий между ними может это качество снизить.

Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере — жизнь на Земле возникла миллиарды лет назад, и если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, их запасы давно исчерпались бы и жизнь прекратилась.

Вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. Например, вырубка лесов или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнений приводят к снижению интенсивности усвоения углерода.

Избыток органических элементов в воде, возникающий под действием промышленных стоков, вызывает загнивание водоемов и перерасход растворенного в воде кислорода, что исключает возможность развития здесь аэробных (потребляющих кислород) бактерий.

Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в синтетических моющих средствах человек нарушает круговорот этих элементов.

Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места, времени и скоростей процессов, идущих на разных уровнях — от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием; это равновесие подвижное, динамическое.

В экологической системе (без вмешательства человека) поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Человек в процессе своей деятельности постоянно воздействует на экосистему в целом, а также на ее отдельные звенья.

Это может проявляться в виде введения в экосистему новых компонентов, в том числе загрязняющих веществ, либо уничтожения отдельных компонентов (отстрел животных, вырубка лесов и т.д.). Не всегда и не сразу эти воздействия ведут к распаду всей системы, нарушению ее стабильности. Но сохранение системы не означает, что она осталась неизменной.

Система трансформируется, и оценить количество и направление возникших изменений крайне сложно.

В результате производственной деятельности человека возник новый процесс обмена веществ и энергией между природой и обществом (при сохранении биологического обмена) — антропогенный обмен, который существенно изменяет общепланетарный круговорот веществ, резко ускоряя его.

Антропогенный обмен отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, он носит открытый характер. На входе антропогенного обмена находятся природные ресурсы, а на выходе — производственные и бытовые отходы.

Экологическое несовершенство антропогенного обмена заключается в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов, как правило, чрезвычайно низок, а отходы производства загрязняют природную среду. Более того, многие из них не разлагаются до природного состояния.

На последнем этапе развития биосферы в мощную силу превратилась человеческая деятельность, необратимо и целенаправленно меняющая природную среду.

Сформировалась биотехносфера — следствие социального и научно-технического развития человечества.

Взаимоотношения между природой и человеком во многих случаях несбалансированы, ведут к угнетению окружающей среды (в частности, разрушению среды архитектурно-исторической), что может привести к деградации биосферы.

ных взаимодействий в природной системе, в основном, за счет привнесения в нее «чуждых» компонентов, которые могут быть восприняты экосистемой как загрязнители. Недоучет этих взаимодействий при осуществлении строительной деятельности недопустим, так как он приводит к снижению качества строительства и ухудшает качество среды проживания.

Экологически необоснованная деятельность строителей и реставраторов наносит невосполнимый ущерб природному ландшафту и информационному компоненту экосистемы. Как отмечает Пруцын О.И.

, происходит разрушение архитектурно-исторической среды*: «Нарушается силуэтность пространственных композиций, гармоничная соподчиненность всего построения, ансамблевое единство.

Силуэтность и пропорциональность, достигнутые в историческом периоде, необходимо полностью сохранить, ибо, благодаря классическим соотношениям они могут легко сочетаться с любой предстоящей застройкой».

Не следует забывать, что ландшафт — это всеобъемлющая и вневременная реальность, в которой существовал человек в доурбанистическую эпоху. Именно безукоризненное чувство ландшафта было присуще людям в прошлые века, когда постройки срастались с природным окружением.

Архитектура прошлого и сегодня представляет собой школу мастерства зодчества и градостроительства на Руси. Уже начиная с XI в. власти города обязывали застройщиков соблюдать градостроительные правила и законы, регулирующие взаимосвязь между архитектурой и природой. На Руси с XI в.

действовал византийский «Закон градский», записанный в кормчих книгах**. Среди его положений были, например, такие: «Только тогда здание можно увидеть по-настоящему, когда оно располагается на стройном месте. Прежде чем строить, осмотри внимательно местность.

Выбери такое место, чтобы здание не мешало природе». Или такие: «…повелеваем, чтобы обновляющий ветхий двор не отнимал у соседа света и не лишал его их вида, не изменял первоначального образа»; «…не загораживай насильственно вида соседу, если он прямо видит море, стоя на своем дворе».

На этапе развития разумного отношения к сохранению природы должно произойти постепенное превращение биотехносферы в ноосферу — сферу разума, которая, по В.И Вернадскому, является неизбежным и закономерным этапом развития биосферы.

Доказательством начала такого превращения является принятая ООН концепция «устойчивого развития», «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации», напрямую связанная с понятием «устойчивость экологическая».

Последняя подразумевает способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов.

Нередко «устойчивость экологическая» рассматривается как синоним экологической стабильности.

Ниже рассмотрены основные понятия и требования, относящиеся к категории экологической устойчивости. Их понимание необходимо для решения актуальных задач природопользования в сферах строительной и реставрационной деятельности, создания комфортной среды проживания и определения стратегии деятельности в сфере «устойчивого развития», «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации».

* Пруцын О., Рымашевский Б., Борусевич В. Архитектурно-историческая среда. — М.: Стройиздат, 1990.

** Алферова Г.В. Кормчая книга как ценнейший источник древнерусского градостроительного искусства//Византийский временник, 1973. – Т. 35.

Первоисточник: 

Экология. Основы реставрации. В.П. Князева М., 2005

BBCode-ссылка: HTML-ссылка:

Источник: http://art-con.ru/node/994