🗊Презентация Биосфера и ноосфера. Загрязнение окружающей среды

БИОСФЕРА И НООСФЕРА. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ЛЕКЦИЯ 3 ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ПРОБЛЕМЫ ГЕОЭКОЛОГИИ». ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: К.Г.-М.Н., ДОЦЕНТ МЕЖИБОР А.М.

ПОНЯТИЕ О БИОСФЕРЕ Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на Земле. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высот 10-18 км (тропосферу), верхнюю часть земной коры до глубин 2-3 км (литосферу) и всех водоемов до глубин 2 км (гидросферу). Общая протяженность биосферы по вертикали составляет 20-30 км.

ПОЯВЛЕНИЕ ТЕРМИНА Термин «биосфера» (греч. bios жизнь, sphaira шар) предложил австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) в многотомнике «Лик Земли» (1875). Э. Зюсс писал о биосфере как особой оболочке Земли, охваченной жизнью, наравне с атмосферой, гидросферой и литосферой.

*** Василий Васильевич Докучаев (1846-1903), известный русский географ и почвовед, обратил внимание на сложные и многообразные соотношения живой и неживой природы: между растительным, животным и минеральным царствами. Ученики В.В. Докучаева развили и углубили эти представления. Одним из его учеников был Владимир Иванович Вернадский (1863-1945).

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ В.И. Вернадский создал учение о биосфере. Свои идеи он чётко сформулировал в знаменитом труде "Биосфера" (1926). 

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ Биосфера рассматривается В.И. Вернадским как область земной коры, занятая ТРАНСФОРМАТОРАМИ, переводящими космическое излучение в земную энергию: химическую, электрическую, тепловую и т.д. По В.И. Вернадскому, биосфера - образование космическое, планетарное - "на нашей планете в биосфере существует не жизнь, от окружения независимая, а живое вещество, то есть совокупность живых организмов, теснейшим образом связанная с окружающей её средой биосферы". Живым веществом В.И. Вернадский называл совокупность живых организмов, выраженную в весе и в химическом составе. Жизнь - одна из наиболее могучих геохимических сил планеты. Нет ни одного организма, который бы не был связан, хотя бы отчасти, с косной материей. Биосфера - сложная природная система. Она состоит из живого вещества и косного вещества, которые взаимно влияют друг на друга, но относятся к разным необъединимым категориям явлений.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ Энергетическая: функция преобразования космической (солнечной)энергии в энергию живого вещества и ее перераспределения. Газовая:  формирование газового состава биосферы в результате миграции и превращения газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение. Концентрационная (Биогеохимическая) функция: избирательное извлечение и накопление живыми организмами химических элементов из окружающей среды. Средообразующая (Ресурсная функция): трансформация химических параметров среды в условиях, благоприятных для существования организмов. Деструктивная: функция разложения мертвой органики, разрушения горных пород и вовлечения образовавшихся веществ в биотический круговорот, в результате чего происходит образование биокосных и биогенных веществ (минерализация органики). Главные свойства биосферы, на которые обращал внимание В.И. Вернадский: Наличие в ней жизни и наличие энергии живого вещества. 

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ В.И. ВЕРНАДСКОГО 1-й принцип: Биогенная миграция химических элементов всегда стремится к своему максимальному значению. Вовлекая неорганическое вещество в биотический круговорот, живое вещество способно со временем проникать в ранее недоступные области и увеличивать перерабатывающую активность. 2-й принцип: Эволюция видов, приводящая к созданию устойчивых форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию составляющих биосферы. 3-й принцип: Заселение планеты должно быть максимально возможным для всего живого вещества (правило, полной заселенности Земли в любое геологическое время).

«ВСЮДНОСТЬ ЖИЗНИ» Суммарная масса живых организмов (биомасса) оценивается в ~ 2,42 ∙1012 т, ~ 97 % которых  составляют растения, ~ 3 % – животные. Живое вещество производит на Земле непрерывную работу по переработке своего окружения, по его изменению, изменяя газовый состав атмосферы, минеральный состав литосферы, почву, гидросферу. Человек, являясь частью живого вещества, также участвует в реализации геохимической функции живого вещества. Распространённость живого вещества в почве ( по А.С. Бабенко, 2006): в 1 г. почвы содержится - 3-90 миллионов бактерий; - от 8 тыс. до 1 млн. микогрибов; - около 100 тысяч водорослей; - 1,5-6 млн. простейших. Масса бактерий и микроскопических грибов составляет примерно по 10 т/га, простейших - 400 кг/га, дождевых червей - 50-140 кг/га пашни, а на сенокосных лугах более 2 тонн/га.

«РАСТЕКАНИЕ ЖИЗНИ» Растекание происходит размножением живого вещества. В.И. Вернадский ввёл понятие “скорость передачи жизни”.

***

«ДАВЛЕНИЕ ЖИЗНИ» Живое вещество, растекаясь по земной поверхности, оказывает определённое давление. Современные эксперименты показывают, что лабораторная культура, состоящая из одной единственной клетки через 24 часа будет содержать 27·1014 бактерий. Через 48 часов масса этих бактерий превысила бы массу нашей планеты, если бы не было лимитирующих ограничений.

*** Сопоставление геологической временной шкалы с одним годом дает представление об относительной продолжительности различных этапов эволюции живого.

УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ (ПО ТИМОФЕЕВУ-РЕСОВСКОМУ И ДР., 1969). 1. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ Внутриклеточные системы (хромосомы, другие органеллы и биологически активные макромолекулы) осуществляют ауторепродукцию клеток и организмов и передают наследственную информацию от поколения к поколению от простого деления вирусов, бактерий, фагов, синезеленных водорослей до митоза и мейоза. 2. ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ. Осуществляется саморегулирующееся упорядоченное во времени и пространстве развитие особи и протекание ее жизненных функций. 3. ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВЕНЬ (эволюционный). Осуществляется исторический процесс изменения форм организмов, приводящих к образованию пусковых механизмов Эволюции, возникновению адаптации, видообразованию и эволюционному прогрессу. 4. БИОГЕОЦЕНОТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ (биосферный, биохорологический). Популяции организмов образуют сообщества, которые находятся в сложных взаимоотношениях как между собой, так и косными (абиогенными) компонентами среды. Это взаимодействие обуславливает грандиозный геохимический круговорот вещества и энергии на нашей планете.

«ПЛАСТИЧНОСТЬ» ЖИЗНИ Живые организмы имеют свойство приспосабливаться к разнообразным условиям окружающей среды. Удивительную реакцию по изменению изотопного состава демонстрирует человеческий организм на смену места.

БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ Живые организмы, которые своим дыханием, питанием, метаболизмом,  смертью и своим разложением, постоянным использованием своего вещества, своим рождением и размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме биосферы - миграцию химических элементов в биосфере. Основные биогеохимические функции живого вещества (по В.И. Вернадскому, с изменениями по Л.П. Рихванову): 1. Газовая функция (N2– O2 – CO2 – CH4 – H2 – NH3 – H2S): все организмы. Кислородная функция (образование свободного кислорода): хлорофильные организмы. 2. Окислительная функция: бактерии, большей частью автотрофные. 3. Восстановительная функция: бактерии. 4. Концентрационная функция: все организмы. Кальциевая функция: водоросли, бактерии, мхи и др. организмы. 5. Функция разрушения органических соединений: бактерии, грибы. 6. Функция восстановительного разложения: бактерии. 7. Функция метаболизма и дыхания: все организмы. 8. Функция рассеивания химических элементов: человечество. 9. Функция создания новых химических элементов и их изотопов: человечество. В.И. Вернадский отмечал, что химический элементный состав организмов теснейшим образом связан с химическим составом земной коры. Он всегда подчёркивал, что изучать биологические вопросы изучением только одного, во многом автономного организма нельзя, т.к. он нераздельно связан с земной корой и вне связи с ней в природе не существует.

ОТ БИОСФЕРЫ К НООСФЕРЕ Первым применил термин ноосфера в своих статьях Эдуард Ле Руа (1870-1954), французкий философ начала ХХ века, профессор-математик из Сорбонны. Одним из участников дискуссии о ноосфере был Пьер Теяр–де-Шарден (1881-1955), ученый естествоиспытатель из иезуитского ордена, автор знаменитой книги «Феномен человека». Он под ноосферой понимал идеальную духовную оболочку, находящуюся над биосферой.

ПОНЯТИЕ О НООСФЕРЕ В понимании В.И. Вернадского, а не в интерпретации философов и социологов различных направлений, в понятие НООСФЕРА вкладывалось представление о сопряженном эволюционном развитии биосферы и человечества, как особого биологического вида, наделенного, в отличии от всех РАЗУМОМ!

В.И. Вернадскиий зафиксировал новый феномен в геологической истории нашей планеты – преобразование ее геологического облика за время жизни одного поколения человечества. В.И. Вернадскиий зафиксировал новый феномен в геологической истории нашей планеты – преобразование ее геологического облика за время жизни одного поколения человечества. Понятие ноосфера по В.И. Вернадскому позволяет ввести представление о том, что историческое развитие человека есть продолжение биогеохимической истории живого вещества биосферы. Биологический вид, наделенный разумом, создает и наращивает силу новой формы энергии, которая, сохраняя в себе обычную биогеохимическую энергию, вызывает новые формы миграции химических элементов. Эту новую форму энергии Вернадский назвал «..энергией человеческой культуры или культурной биогеохимической энергией..». Именно эта энергия в настоящее время создает НООСФЕРУ. По мнению многих философов и естествоиспытателей именно в создании новой организованности биосферы представляется космическое предназначение Человечества.

В .И. Вернадский, оценивая роль человеческого разума и научной мысли, делает следующие выводы: В .И. Вернадский, оценивая роль человеческого разума и научной мысли, делает следующие выводы: Ход научного творчества является той силой, которой человек меняет биосферу, в которой он живет. Это проявление изменения биосферы есть неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли. Это изменение биосферы происходит независимо от человеческой воли, стихийно, как естественный природный процесс. Т.е. научная работа человечества - есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние - в ноосферу.

ЧЕЛОВЕК – один из многих миллионов биологических видов. ЧЕЛОВЕК – один из многих миллионов биологических видов. «Человек» и «Человечество» - разные категории. ЧЕЛОВЕК – это прижизненное явление. ЧЕЛОВЕЧЕСТВО - явление историческое и космическое. Человечество состоит из этносов, которые живут и уходят в небытие. Человечеству достается энергия и технологии «былых человечеств», экологические проблемы и очередные трудности, которые оно должно успешно или безуспешно на своем временном отрезке преодолеть. Возникновение человечества рассматривается как наступление новой эпохи в геологической летописи нашей планеты: - ПСИХОЗОЙСКАЯ ЭРА (Л. Де Конт (1823-1901), и Ч. Шухерт (1858-1942), американские геологи) АНТРОПОСФЕРА (А.П. Павлов (1854-1929), советский геолог и палеонтолог) НООСФЕРА (В.И. Вернадский)

Философское значение учения В.И. Вернадского о ноосфере (закон ноосферы Вернадского) огромно. Философское значение учения В.И. Вернадского о ноосфере (закон ноосферы Вернадского) огромно. Так, президент Российской Федерации В.В. Путин на деловом саммите Азиатско-тихоокеанского экономического сотрудничества во дворце Брунейского султана в ноябре 2000 г. сказал: «Владимир Вернадский в начале двадцатого века создал учение об объединяющем человечество пространстве – ноосфере. В нем сочетаются интересы стран и народов, природы, общества, научное знание и государственная политика. Именно на фундаменте этого учения фактически строится сегодня концепция устойчивого развития».

В.И. Вернадский отмечал, что человек практически забывает, что он сам и всё человечество неразрывно связаны с биосферой, одной из геосфер планеты Земля, в которой они живут. В.И. Вернадский отмечал, что человек практически забывает, что он сам и всё человечество неразрывно связаны с биосферой, одной из геосфер планеты Земля, в которой они живут. В.И. Вернадский прозорливо предупреждал на возможность использования научной мысли, научных открытий «на злое и вредное». Предостерегая от злоупотребления научными открытиями, В.И. Вернадский всё же не ожидал, что превращение человечества в мощную геологическую среду может обернуться экологическим кризисом цивилизации и что научная мысль, как планетное явление, может оказаться самой разрушительной антибиосферной силой. Одним из наиболее ярких примеров этому тезису является тот факт, как человек стал использовать явление РАДИОАКТИВНОСТИ.

Древо жизни, по Кено (изд. Массон и К0) из книги Пьера де Шардена «Феномен человека».

Схематический рисунок, символизирующий развитие человеческого пласта (по П. де Шардену, 1987).

Периодизация истории общества – перехода от генетической эволюции (биогенеза) к культурной (ноогенезу), по В.А. Зубакову (1990)

Рождающаяся ноосфера в своих главных проявлениях характеризуется следующими признаками: Рождающаяся ноосфера в своих главных проявлениях характеризуется следующими признаками: 1) Возрастающим количеством механически извлекаемого материала из литосферы в связи с ростом разработки МПИ. В 90-х гг. 20 века оно превышало 100 млрд. т в год, что в 4 раза больше массы материала, выносимого речным стоком в океан в процессе денудации суши. 2) Массовым потреблением продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, главным образом в энергетических целях. Химическое равновесие в биосфере в связи с этим смещается в сторону, противоположную глобальному процессу фотосинтеза, что приводит к росту содержания углекислого газа в биосфере и уменьшению содержания свободного кислорода. 3) Процессы в ноосфере приводят к рассеиванию энергии Земли, а не к ее накоплению, что являлось характерным для биосферы до появления человека. Возникает энергетическая проблема.

ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА (ПО А.Е. ФЕРСМАНУ): Геохимическая деятельность по своему масштабу делается соизмеримой с другими природными процессами в земной коре. Деятельность эта в основе металлургических и химических процессов направлена в значительной части к накоплению веществ с большими запасами энергии, чем природные тела. Создавая, таким образом, малоустойчивые системы, человек направляет свою деятельность против естественно идущих геохимических реакций с которыми она неизбежно вступает в конфликт. Геохимия деятельности человека подчиняется законам Кларка, с одной стороны, и периодическому закону Менделеева - с другой.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА Сжигание С, Н, S в СО2, Н2О, SO3. Выплавка из окисленных и сернистых соединений металлов (Fе, Сu, Al, Zn, Pb и др.). Перемещение и создание устойчивых строительных или дорожных материалов. Промышленное использование редких и дисперсных элементов. Химическая переработка природных солей (растворимых, с большими кларками).

Человек постепенно втягивает в обиход промышленности все без исключения элементы земной коры. Человек постепенно втягивает в обиход промышленности все без исключения элементы земной коры. Геохимическая деятельность человечества не ограничивается промышленной переработкой самих элементов земной коры, она в не меньшей степени, хотя и косвенно, перемещает их своей инженерной, культурной и общехозяйственной жизнью, подчиняя себе, таким образом, силы природы. В ноосфере создаются в массовом количестве вещества, которые ранее в биосфере отсутствовали. Происходит металлизация биосферы. Характерно для ноосферы появление новых трансурановых химических элементов в связи с развитием ядерных технологий и ядерной энергетики. Ноосфера выходит за пределы биосферы в связи с огромным прогрессом научной мысли. Возникла космонавтика, которая обеспечивает выход человека за пределы нашей планеты. С образованием ноосферы планета Земля переходит в новое качественное состояние. Если биосфера - это сфера Земли, то ноосфера - это сфера Солнечной системы.

ТЕХНОСФЕРА И ТЕХНОГЕНЕЗ Часть геосферных оболочек, в пределах которых функционируют какие-либо техногенные системы составляют техносферу. Минерально-сырьевые ресурсы являются основной материальной базой для формирования техносферы и протекания процессов техногенеза.   Термин "техногенез" предложил А.Е. Ферсман в начале 30-х годов, который выделял технику как особый вид антропогенного влияния на природную среду.  

ТЕХНОГЕНЕЗ Техногенез - совокупность геохимических и геофизических процессов, связанных с деятельностью человечества. В геохимическом аспекте техногенез включает: 1)      извлечение химических   элементов и их соединений из природной среды (литосферы, атмосферы, гидросферы) и их концентрацию; 2)      перегруппировку химических элементов, изменение химического состава соединений, в которые эти элементы входят, а также создание новых химических веществ; 3)      рассеяние   вовлеченных   в   техногенез элементов   в окружающей среде.

Совокупность природных и искусственных объектов, сформировавшаяся на какой-либо территории в результате отработки полезных ископаемых, строительства, эксплуатации производственных и жилых комплексов, функционирования инфраструктуры и др. технических сооружений, находящихся в тесных взаимоотношениях друг с другом и оказывающих воздействие друг на друга называется природно-технической системой (ПТС) или геотехнической (геотехногенной) системой (ГТС).

В развитии любой ПТС (ГТС) отмечается 3 стадии: В развитии любой ПТС (ГТС) отмечается 3 стадии: 1. Стадия предтехногенного развития ПТС (поиски, геолого-экономическая оценка, проектирование, изыскательские работы, начало строительства и т.д. (до того как). Ситуация под строгим контролем. Выполняется проект ОВОС и другие подготовительные документы. Воздействие на окружающую среду незначительное. 2. Стадия прогрессивного техногенного развития. Интенсивное строительство, начало эксплуатации (во время того как). Мощное, возрастающее воздействие на все геосферные оболочки и человека. Но делаются попытки ситуацию контролировать и минимизировать степень воздействия. 3. Стадия регрессивного техногенного развития, запасы месторождения подходят к концу или нет надобности в продукции( после того как). ПТС приходит в упадок, но накопленный суммарный эффект экологического воздействия на природные среды велик и практически не контролируется.

*** В ПТС формируются особые типы ландшафтов (техногенные ландшафты), почв (техногенно-транформированные почвы - технозёмы), вод. Кроме того, формируются техногенные месторождения. Существует много типов классификаций как самих видов техногенных воздействий, так и продуктов  их воздействия.

ПОКАЗАТЕЛИ ТЕХНОГЕНЕЗА Технофильность. Степень использования элемента по отношению к его содержанию в литосфере называют его технофильностью. Понятие «технофильность элементов» было введено А.П. Перельманом (1973). Показателем технофильности является отношение массы ежегодной добычи элемента к его кларку в литосфере. Технофильность элементов изменяется во времени и зависит от использования и добычи определенных групп  элементов. Деструктивная активность является характеристикой степени опасности химических элементов для живых организмов (по М.А. Глазовской) и представляет собой отношение технофильности элемента к его биофильности (на суше): Д = Тх / Б. Биофильность химических элементов определяется их коэффициентом концентрации в живом веществе относительно литосферы: это отношение среднего содержания элемента в живом веществе планеты к кларку этого элемента в земной коре (Бх = С / К).

ТЕХНОГЕНЕЗ И ЕГО ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ПРИРОДНЫЕ ЛАНДШАФТЫ  Человечество «…должно научиться жить «на проценты» с кругооборота вещества и энергии в биосфере, не загрязняя и не истощая её, как это имеет место до сих пор» ( Н.В. Тимофеев-Ресовкий, 1968 г.). Необходимо внедрение новых ресурсосберегающиих и природощедящих технологий. По всем направлениям вести работу по формированию прежде всего духовно-нравственных ценностей. Отрицательное действие техногенеза объединяется понятием «загрязнение природной среды».

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ Термин «загрязнение природной среды» применяется достаточно широко. Под загрязнением понимают поступление в окружающую среду продуктов техногенеза, оказывающих вредное воздействие на человека, на биологические компоненты, а также на технические сооружения (порча зданий, разрушение подводных конструкций и т.д.). В незагрязненных биокосных системах пределы колебаний концентрации техногенных веществ, а также формы их нахождения в данной системе должны удовлетворять следующим условиям: 1.      Не нарушаются функции    живого    вещества    системы. 2.      Не изменяется биохимический состав первичной и вторичной    продукции. 3.      Не    понижается     биологическая     продуктивность системы. 4. Не понижается информативность системы: сохраняется необходимый для существования системы генофонд. При нарушении перечисленных условий происходит техногенная трансформация данной природной системы, а при критических уровнях техногенного воздействия - ее разрушение.