🗊Презентация Основы защиты биосферы. (Лекция 1.3)

а) основная литература: а) основная литература: 1. СУХОБЕЦКИЙ А.И.,КОВАЛЕНКО И.Ф. ЭКОЛОГИЯ. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ-КАЛИНИНГРАД: КВИ ФСБ РФ, 2009.-158С. 2.Гарин В.М. и др. Экология для технических вузов.- Ростов на Дону: Феникс,2001.-384 с. б) дополнительная литература: 1.Акимова Т.А.,Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов.- М.:ЮНИТИ, 1999.-455 с. 2.Дубовик О.Л. и др.Экологическое правоУчебник.-М.:Изд-во Эксмо, 2005.-768 с. 3.Сподобаев Ю.М., Кубанов В.П.Основы Электромагнитной экологии.- М.: Радио и связь,2000.-240 с. 4.Снакин В,В. Экология и охрана природы. Словарь-справочник.-М.: Академия,2000.-384 с.

Опорная схема 1-го в. Основные положения учения о биосфере.

1.В.И.Вернадский ввел понятие живого вещества, определил глобальные функции его, как главнейшей преобразующей силы планеты Земля. Уточнил важнейшие особенности биосферы (наличие воды, солнечной энергии, трех фаз раздела вещества (газ, жидкость, твердое тело), создающие предпосылки для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы. 1.В.И.Вернадский ввел понятие живого вещества, определил глобальные функции его, как главнейшей преобразующей силы планеты Земля. Уточнил важнейшие особенности биосферы (наличие воды, солнечной энергии, трех фаз раздела вещества (газ, жидкость, твердое тело), создающие предпосылки для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы. 2.Указал, что биосфера – это главная арена жизни и хозяйственной жизни человека. 3. Подчеркнул единство биосферы и человека, сформулировал условия становления и существования ноосферы.

Эволюция биосферы Образование биосферы на Земле обусловлено совокупностью следующих факторов: 1) силы земного притяжения; 2)космического излучения; 3)количества кислорода и углекислого газа атмосфере; 4)интенсивности коротких ультрафиолетовых лучей; 5) температурного режима. Разные мнения ученых по вопросу происхождения жизни на Земле: Креационизм – жизнь создана Творцом (Бог, Идея, Высший разум). Гипотеза стационарного состояния – жизнь была всегда. Теория Большого взрыва – Вселенная существует ограниченное время и образовалась из одной точки примерно 15 млрд. лет назад. Гипотеза панспермии – жизнь на Земле была занесена из Космоса после создания благоприятных условий жизни на Земле. Гипотеза абиогенеза – соморождение живого из неживого и последующей биохимической эволюции.

Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Согласно теории Панспермии, предложенной в 1865 году немецким ученым Г. Рихтером и окончательно сформулированной шведским ученым Аррениусом в 1895 году, жизнь могла быть занесена на Землю из космоса. Наиболее вероятно попадание живых организмов внеземного происхождения с метеоритами и космической пылью. Это предположение основывается на данных о высокой устойчивости некоторых организмов и их спор к радиации, глубокому вакууму, низким температурам и другим воздействиям. Однако до сих пор нет достоверных фактов, подтверждающих внеземное происхождение микроорганизмов, найденных в метеоритах. Но если бы даже они попали на Землю и дали начало жизни на нашей планете, вопрос об изначальном возникновении жизни оставался бы без ответа.

В 1924 г. русский ученый Александр Иванович Опарин впервые сформулировал основные положения концепции предбиологической эволюции. Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов. В 1924 г. русский ученый Александр Иванович Опарин впервые сформулировал основные положения концепции предбиологической эволюции. Суть гипотезы сводилась к следующему: зарождение жизни на Земле длительный эволюционный процесс становления живой материи в недрах неживой. И произошло это путем химической эволюции, в результате которой простейшие органические вещества образовались из неорганических под влиянием сильнодействующих физико-химических факторов.

Такая модель происхождения жизни исходит из того, что органические вещества образовались не в растворе, а на твердых фазах минералов. Минеральная поверхность может служить катализатором, то есть резко ускорять реакции синтеза, и одновременно образцом (матрицей) для той химической структуры, которая на ней синтезируется.На Западе популярна версия о происхождении жизни на минерале пирите - FeS2. Пирит повсеместно распространен, в том числе в гидротермальных источниках. Поверхность кристалла пирита несет положительный заряд, и с ним могут связываться молекулы органических веществ. При образовании пирита из железа (Fe) и серы (S) выделяются электроны и энергия (!), которая может идти на синтез органических соединений. Первые живые клетки представляли собой кристаллические пиритовые «зерна», окруженные мембраной из органических веществ. Такая модель происхождения жизни исходит из того, что органические вещества образовались не в растворе, а на твердых фазах минералов. Минеральная поверхность может служить катализатором, то есть резко ускорять реакции синтеза, и одновременно образцом (матрицей) для той химической структуры, которая на ней синтезируется.На Западе популярна версия о происхождении жизни на минерале пирите - FeS2. Пирит повсеместно распространен, в том числе в гидротермальных источниках. Поверхность кристалла пирита несет положительный заряд, и с ним могут связываться молекулы органических веществ. При образовании пирита из железа (Fe) и серы (S) выделяются электроны и энергия (!), которая может идти на синтез органических соединений. Первые живые клетки представляли собой кристаллические пиритовые «зерна», окруженные мембраной из органических веществ.

Эволюция биосферы Ученые считают, что возраст нашей Галактики 10-12 млрд. лет,Солнца-12, Земли- около 4,5 млрд. лет. В течение 1 млрд. лет из неорганических веществ из состава атмосферы (водород, вода, аммиак, углекислый газ, метан) под воздействием солнечной энергии и высокой температуры образовались простейшие органические соединения. Последующий 1 млрд. лет образовались эукариоты(более сложные организмы). Последующий 1 млрд. лет образовались автотрофы(организмы, которые под действием солнечных лучей синтезируют необходимые им органические вещества и выделяют кислород как побочный продукт) – фитопланктон и зеленые растения. Это приводит к образованию достаточного количества кислорода, необходимого для образования озонового слоя(500 млн. лет). До появления озонового слоя жизнь была только в Мировом океане, вода которого защищала от губительных ультрафиолетовых лучей. Озоновый слой способствовал появлению жизни на суше(450 млн. лет). Животные появились примерно 700 млн.лет назад ( первые рыбы -500 млн. лет назад, первые амфибии-400, а первые рептилии- 250 млн.лет назад). Приматы появились 60-70 млн.лет назад. Первые люди появились примерно 3 млн. лет назад. Человек настоящего вида появился примерно 30-40 тыс. лет назад.

Изменение численности населения мира (2001Г.-2050 Г. ПРОГНОЗ) Изменение численности населения мира (2001Г.-2050 Г. ПРОГНОЗ) ЕВРОПА- 728,7МЛН. -588 МЛН. -К=0,8 АЗИЯ -3 727 МЛН. -5 390 МЛН. –К=1,45 АМЕРИКА- 828 МЛН. -1 230 МЛН. -К=1,49 АФРИКА -822 МЛН. -2 010 МЛН. -К=2,44 АВСТРАЛИЯ- 29 МЛН. -40 МЛН -К=1,35 МИР В ЦЕЛОМ 6,1 млрд.- 9,3 млрд. -К=1,5

Особенности ноосферного развития Бесконфликтный переход биосферы в ноосферу в современных условиях вполне возможен, но возможно прохождение человечеством точки невозврата. Для бесконфликтного перехода биосферы в ноосферу Человек разумный, вооруженный экологически совершенными технологиями и техническими средствами, должен создать глобальную систему экологической безопасности, включающую: 1.Сверх продуктивную систему фитоценозов, способную обеспечить первичной биологической продукцией неограниченный рост населения Земли.

2.Адекватную сверхмощную индустрию рециклирования отходов собственной жизнедеятельности на основе экологически безопасных технологий и технических средств. 2.Адекватную сверхмощную индустрию рециклирования отходов собственной жизнедеятельности на основе экологически безопасных технологий и технических средств. 3.Систему рационального использования природных ресурсов. 4.Объективную систему экологического мониторинга локального, регионального и глобального масштаба для регулярного получения экологической информации (базовой, оперативной и сигнальной), пригодной для принятия управленческих решений. 5.Межгосударственную систему принятия стратегических, оперативных и чрезвычайных управленческих решений по обеспечению экологической безопасности в локальном, региональном и глобальном масштабах на основе информации экологического мониторинга.

Энергетическая функция связана с накоплением энергии в процессе фотосинтеза растениями и передачи ее остальным организмам по цепям питания. Эта функция — одна из важнейших.

КАК СОЛНЦЕ ВЛИЯЕТ НА ЗЕМЛЮ Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы возможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце – главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов. Но не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различный виды солнечного излучения и потоки частиц постоянно оказывают влияние на жизнь нашей планеты. Солнце посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра – от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают также заряженные частицы разных энергий – как высоких (солнечные космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). КАК СОЛНЦЕ ВЛИЯЕТ НА ЗЕМЛЮ Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы возможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце – главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов. Но не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различный виды солнечного излучения и потоки частиц постоянно оказывают влияние на жизнь нашей планеты. Солнце посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра – от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают также заряженные частицы разных энергий – как высоких (солнечные космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли – остальные отклоняет иди задерживает геомагнитное поле. Но и их энергии достаточно для того, чтобы вызвать полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты.

Гигантская солнечная электростанция в Сахаре

Станции солнечных батарей в странах СНГ

Ультрафиолетовое излучение способно проникать в атмосферу Земли и поглощаться на высоте 30 – 35 километров. Здесь ультрафиолетовые кванты образуют кислород с последующим образованием озона. Тем самым создается "озонный слой", предохраняющий жизнь на Земле от гибельных лучей. Но есть и часть ультрафиолетового излучения которая доходит до земной поверхности. Эти лучи и вызывают у людей загар и даже ожоги кожи. Ультрафиолетовое излучение способно проникать в атмосферу Земли и поглощаться на высоте 30 – 35 километров. Здесь ультрафиолетовые кванты образуют кислород с последующим образованием озона. Тем самым создается "озонный слой", предохраняющий жизнь на Земле от гибельных лучей. Но есть и часть ультрафиолетового излучения которая доходит до земной поверхности. Эти лучи и вызывают у людей загар и даже ожоги кожи.

Газовая кислородно-углекислотная функция. Живые существа постоянно обмениваются кислородом и углекислым газом с окружающей средой в процессах фотосинтеза растений.

Газовая углекислотная функция – образование углекислого газа как следствие дыхания животных, растений, грибов и бактерий.Углекислый газ как основной строительный материал для создания органических веществ. Газовая углекислотная функция – образование углекислого газа как следствие дыхания животных, растений, грибов и бактерий.Углекислый газ как основной строительный материал для создания органических веществ. Газовая озоновая функция – образование озонового слоя из биогенного кислорода под действием короткого ультрафиолетового излучения. Это привело к созданию защитного озонового слоя, предохраняющего все живое от губительной солнечной радиации. Газовая азотная функция – создание основной массы свободного азота тропосферы за счет выделения его азотденитрофицирующими бактериями при разложении органического вещества.

Окислительно-восстановительная функция С помощью живого вещества осуществляется множество окислительно-восстановительных процессов, так молекулярный азот не окисляется при обычных условиях: этот процесс осуществляют ферменты (катализаторы) некоторых живых организмов (нитрофицирующих бактерий).

Деструктивная функция разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и веществ органической природы. Наиболее существенную роль в этом выполняют низшие формы жизни — грибы, бактерии (детритофаги, редуценты).

Концентрационная функция Пропуская через свое тело большие объемы воздуха и природных растворов, живые организмы осуществляют биогенную миграцию и концентрирование химических элементов и их соединений. В процессе эволюции живые организмы научились из разбавленных водных растворов извлекать необходимые им вещества, многократно увеличивая их концентрацию в своем теле. Так содержание углерода в растениях превышает его уровень в почве в 200 раз, азота –в 30 раз.

Выводы по вопросу 1.Биосфера – централизованная система. Центром ее являются живые организмы (живое вещество). В настоящее время человечество недооценивает роль живых организмов в функционировании биосферы и в центр ее ставится только один вид – человек (антропоцентризм). 2.Биосфера – открытая система со своим "входом" и "выходом". "Вход" – постоянный приток солнечной энергии, а также тепло, поступающее из глубин земли. Солнечная активность влияет на изменение численности ряда популяций, на многие геологические процессы (землетрясение, извержение вулканов и др.). "Выход" – избыток тепловой энергии биосферы (инфракрасное излучение) рассеивается в космосе и земных глубинах. 3.Биосфера – саморегулирующаяся система, для которой характерна организованность, способность поддерживать исходное состояние, т.е. после различных нарушений возвращаться в первоначальное состояние (это свойство называется гомеостазом).

4.Биосфера – глобальная многоэлементная система, характеризующаяся большим разнообразием. В настоящее время описано около 300 тыс. видов растений, и более 1,5 млн. видов животных (96% беспозвоночных).Уменьшение видового разнообразия экосистемы, в том числе и биосферы, снижает ее устойчивость. Поэтому сохранение биологического разнообразия биосферы является одной из трех важнейших экологических проблем современности (две другие – сохранение лесов и предотвращение изменения климата), которые были определены на конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Женейро, 1992 г.). 5.Важное свойство биосферы – обеспечение круговорота веществ и неисчерпаемости отдельных химических элементов и их соединений. Только благодаря круговороту химических элементов и наличию неисчерпаемого источника солнечной энергии обеспечивается непрерывность процессов в биосфере и ее потенциальное бессмертие. Нарушение или, тем более, разрушение природных круговоротов химических элементов может привести к коллапсу биосферы.

Опорная схема 2-го в. Глобальный круговорот веществ

Биота, осуществляющая метаболизм(перемена, превращение) любой, в том числе и глобальной экосистемы, строго специализирована по экологическим функциям на три главные группы: продуценты, консументы, редуценты Продуценты (автотрофные организмы) синтезируют первичную биологическую продукцию — фитомассу из массы минеральных элементов с помощью солнечной энергии. Консументы ( организмы-потребляющие готовые органические вещества) трансформируют первичную биологическую продукцию во вторичную — зоомассу и микробиомассу, включая и антропомассу (массу живого вещества всей популяции вида Homo sapiens). Редуценты ( организмы-бактерии, грибы, простейшие) разрушают отмершую биомассу до минеральных элементов, которые потребляются продуцентами для синтеза новой фитомассы.

В процессе эволюции цикл метаболизма биосферы был настолько точно отрегулирован, что степень разомкнутости системы «синтез — распад» составляет сотые доли процента. Неограниченный рост численности популяции человека разумного и антропомассы создал критическую ситуацию в среде его обитания. Сначала возник, а потом стал возрастать дефицит ресурсов жизнеобеспечения (пища, вода, воздух). Затем стал отчетливо проявляться избыток отходов жизнедеятельности человека. В последние годы он достиг таких размеров, что сформировал совершенно новый вид «третичной» (антропогенной) биологической продукции. «Третичная» биологическая продукция включает бытовые, промышленные и сельскохозяйственные отходы, искусственные материалы и вещества, отработавшие ресурс машины и механизмы, здания и сооружения, искусственные вещества

Иначе говоря, человек разумный должен создать искусственную индустрию производства первичной биологической продукции — фитомассы — для обеспечения неограниченного роста численности собственной популяции. Кроме того, ему придется создать адекватную по эффективности индустрию рециклирования отработавшей ресурс «третичной» продукции. Это нужно для того, чтобы ликвидировать «тромб» биологического круговорота, образовавшийся вследствие нарушения цикла метаболизма биосферы неадекватно возросшей численностью популяции человека разумного. Только в том случае, если человек сумеет взять на себя управление метаболизмом биосферы, освоит дополнительные функции продуцента и редуцента, может совершиться бесконфликтный эволюционный переход биосферы в ноосферу

Принципиальная схема круговорота веществ

Наибольшее значение имеют круговороты: - углерода; - кислорода; - азота; - фосфора, серы; - воды; - ртути, свинца и т.д.

Особенности круговорота углерода Суть парникового эффекта заключается в нарушении теплового баланса Земли. 25-30 % солнечной энергии отражается облаками, 25 % поглощаются ими, 25 % поступает на Землю в виде прямой солнечной радиации. 35-45 % пришедшего на Землю излучения отражается. Атмосфера плохо пропускает длинноволновое (инфракрасное) излучение из-за содержания в ней парниковых газов (вода - Н2О, СО2, метан СН4, фреоны, озон ).

Круговорот азота

Задание на самостоятельную работу 1.Подготовить письменные ответы на вопросы: -оценить и указать основные функции и свойства биосферы; - оценить и указать основные условия гармонии человека и природы; - оценить и указать основные круговороты веществ в природе. 2 .Подготовить устные ответы на вопросы: - основные положения учения о биосфере; -проблемы создания ноосферы. 3. Подготовка к семинару по отдельному плану Литература для работы 1. Акимова Т.А.,Хаскин В.В. Эколог8ия: Учебник для вузов.- М.:ЮНИТИ, 1999.-455 с.. 2.Гарин В.М. и др. Экология для технических вузов.- Ростов на Дону: Феникс,2001.-384 с.

Задание для тестового контроля на семинаре №1 Указать, отранжировать и оценить весомость: Вариант №1. 1. 5 основных экологических проблем России. 2. 5 основных принципов и законов развития биосферы. 3. 5 основных абиотических факторов среды. 4. 5 основных положений учения В.И.Вернадского о биосфере. Вариант №2. 1.5 основных условий гармонии человека и природы. 2.5 основных функций биосферы. 3.5 основных биотических факторов среды. 4.5 основных решений по улучшению качества ОС в России