Понятие биосферы и ее строение

     Эндогенные  процессы (процессы внутренней динамики) происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Это энергия, выделяющаяся в результате радиоактивного распада, химических реакций образования минералов, кристаллизации горных пород и т.д. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм. Экзогенные процессы (процессы внешней динамики) протекают под влиянием внешней энергии Солнца. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. К экзогенным процессам относятся геологическая деятельность атмосферы, гидросферы (рек, временных водотоков, подземных вод, морей и океанов, озер и болот, льда), а также живых организмов и человека.

     Крупнейшие формы рельефа (материки и океанические впадины) и крупные формы (горы и равнины) образовались за счет эндогенных процессов, а средние и мелкие формы рельефа (речные долины, холмы, овраги, барханы и др.), наложенные на более крупные формы, - за счет экзогенных процессов. Таким образом, эндогенные и экзогенные процессы противоположны по своему действию. Первые ведут к образованию крупных форм рельефа, вторые - к их сглаживанию.

     Магматические горные породы в результате выветривания преобразуются в осадочные. В подвижных зонах земной коры они погружаются вглубь Земли. Там под влиянием высоких температур и давлений они переплавляются и образуют магму, которая, поднимаясь на поверхность и застывая, образует магматические породы.

     Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли.

     На  базе большого геологического круговорота  возникает круговорот органических веществ, или малый, биологический круговорот. В основе малого круговорота веществ лежат процессы синтеза и разрушения органических соединений. Эти два процесса обеспечивают жизнь и составляют одну из главных ее особенностей.

     Биологический (биогеохимический) круговорот (малый  круговорот веществ в биосфере) - круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. В отличие от большого геологического, малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, то есть превращению в неорганические вещества. Эти неорганические вещества могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ.

     В биогеохимических круговоротах следует  различать две части:

     1) резервный фонд - это часть вещества, не связанная с живыми организмами; 

     2) обменный фонд - значительно меньшая  часть вещества, которая связана  прямым обменом между организмами  и их непосредственным окружением.

     В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты  можно разделить на два типа:

     1) Круговороты газового типа с  резервным фондом веществ в  атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота).

     2) Круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).

     Круговороты газового типа более совершенны, так  как обладают большим обменным фондом, а значит, способны к быстрой саморегуляции. Круговороты осадочного типа менее совершенны, они более инертны, так как основная масса вещества содержится в резервном фонде земной коры в "недоступном" живым организмам виде. Такие круговороты легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом. Однако извлечь нужные живым организмам вещества из земной коры гораздо сложнее, чем из атмосферы.

     3 Круговорот воды в биосфере

     Круговорот  воды между сушей и океаном  через атмосферу относится к  большому геологическому круговороту. Вода испаряется с поверхности Мирового океана и либо переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока, либо выпадает в виде осадков на поверхность океана. В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км3 воды. Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет.

     Круговорот  воды в биосфере происходит по схеме: выпадение атмосферных осадков, поверхностный и внутрипочвенный сток в водоёмы, испарение, перенос водяного пара, конденсация, повторное выпадение осадков и т.д. Вода испаряется не только поверхностью водоёмов и почв, но и живыми организмами, ткани которых на 70 процентов состоят из воды. Большое количество воды испаряется растениями; они используют воду как элемент питания, как среду, в которой протекают жизненные процессы, и как субстанцию, вместе с которой поступают к ним из почвы питательные вещества. Особенность круговорота в том, что из океана испаряется воды больше, чем возвращается с осадками. На суше, наоборот, осадков выпадает больше, чем испаряется

     С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так как к физическому явлению превращения воды в пар добавился процесс биологического испарения, связанный с жизнедеятельностью растений и животных - транспирация. До развития цивилизации круговорот воды был равновесным. Однако вмешательство человека существенно нарушило этот цикл, особенно в последние десятилетия. В частности, уменьшается испарение воды лесами ввиду сокращения их площади и, напротив, увеличивается испарение с поверхности почвы при орошении сельскохозяйственных угодий. Испарение с поверхности океана уменьшается вследствие появления на воде тончайшей плёнки нефти. Наконец, на круговорот воды воздействует парниковый эффект - потепление климата под влиянием повышения концентрации углекислого газа в атмосфере. При усилении этих тенденций могут произойти значительные изменения круговорота воды. Это уже проявляется в неравномерности распределения осадков по территории планеты. В результате этого, в одних районах происходят небывалые по масштабам наводнения, а в других - жестокие засухи. 
 

     4 Антропогенный обмен веществ 

     К ранее существовавшим в природе  основным круговоротам вещества и энергии - геологическому и биологическому - присоединяется все более мощный третий основной круговорот, который вызван производственной деятельностью людей - антропогенный, или техногенный круговорот.

     Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно добывается почти 300 млн. тонн веществ и материалов, сжигается около 30 млн. тонн топлива, используется 2 млрд. м3 воды и 65 млрд. м3 кислорода. Все это сопровождается расходованием природных ресурсов и массированные загрязнением среды.

     Сравнение антропогенных материальных потоков с параметрами биосферного круговорота показывает, что человеческая деятельность определяет существенную долю биогеохимической динамики вещества на планете. Общее потребление пресной воды человечеством достигло 2 % объема влаги, вводимой в биосферный круговорот транспирацией всех растений суши. Антропогенный обмен газов в атмосфере составляет 15—18 % всего биотического газообмена. Уровень использования продукции биомассы достиг 10%.

     Т.А. Акимова, В.В. Хаскин (2006) приводят данные о том, что человечество в результате своей жизнедеятельности возвращает в атмосферу 1,5 Г выдыхаемых углекислого газа и паров. При этом выделяется 18 ЭДж теплоты. На поверхность земли и в водоемы переходит 3,9 Г жидких и 0,7 Г твердых отходов (экскрементов людей и бытового мусора). Разница между приходом и расходом, близкая к 100 млн. тонн в год, указывает на рост численности, массы человечества и массы предметов и материалов индивидуального потребления.

     Существенным  отличием антропогенного обмена веществ от биотического круговорота веществ в природе является то, что первый не образует или почти не образует замкнутых циклов. Он существенно разомкнут как в качественном, так и количественном отношении. Может быть реально возобновлена только часть изъятых человеком из природы биологических ресурсов. Может быть утилизирована или нейтрализована в результате биогеохимической миграции веществ только часть отходов производства. Темпы возобновления, утилизации и нейтрализации в современную эпоху отстают от темпов изъятия ресурсов и загрязнения среды. Наиболее характерно это для крупных промышленных городов.

     В пределах крупных городов изменены все элементы окружающей среды. В  связи с тем, что антропогенный  обмен составляет существенную часть  биосферного круговорота веществ, то своей не замкнутостью он нарушает необходимую высокую степень замкнутости глобального биотического круговорота, выработанную в длительной эволюции и являющуюся важнейшим условием стационарного состояния биосферы. Антропогенные воздействия оказывают влияние и на круговороты воды, кислорода, углерода, азота, фосфора, серы.

     Врываясь  в природные круговороты, антропогенные  потоки вещества и энергии нарушают их равновесие, искажают и деформируют структуру взаимосвязи составляющих их звеньев. Под угрозой находится само существование некоторых из этих звеньев, а, следовательно, в перспективе может распасться вся цепь. Этого, конечно, допустить нельзя. Что нужно делать? Прежде всего:

     1) изучать законы движения всех  трех круговоротов;

     2) позаботиться о совмещении указанных круговоротов.

     Если  биосфера, обладая довольно развитыми  обратными связями, обеспечивает саморегуляцию природных процессов стихийно, то регуляция антропогенных процессов осуществляется сознательно и целенаправленно. 

Заключение 

     Биосфера - важнейшая система, значимость которой невозможно переоценить, т.к. именно биосфера является той средой, в которой человечество может существовать.

     Современная структура биосферы - продукт длительной эволюции многих систем разной сложности, последовательно стремящихся к состоянию динамического равновесия. Практическое значение учения о биосфере огромно. Особенно заинтересованы в развитии этого учения здравоохранение, сельское и промысловое хозяйство и другие отрасли человеческой практики, чаще других, сталкивающиеся с "ответными ударами" со стороны биосферы, вызванными неразумным или неосторожным преобразованием природы человеком.

     В настоящий период человек стал главной  силой, которая изменяет процессы в  биосфере, а управлять ими человек только учится. Ему предстоит найти пути рационального использования природных ресурсов и сбалансированного природопользования. 
 
 
 
 
 
 
 

Список использованных источников 

1. Акимова Т. А. Экология: Человек - Экономика - Биота - Среда: учебник для студ. вузов. - 3-еизд., перераб. и доп. - М.: ЮНИТИ, 2006. - 495 с.

2. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. - М.: Высшее образование., 2007. - 335 с.

3. Комарова Н.Г. Геоэкология и природопользование: учебное пособие для студ. вузов / Н.Г. Комарова. – 2-е изд., стереотип. – М.: Академия, 2007. – 192 с.: ил. – (Высш. проф. образование).

4. Маглыш, С.С. Основы экологии и экономика природопользования: Пособие / С.С. Маглыш. - Гродно: ГрГУ, 2002 - 126 с.

5. Потапов А. Д. Экология: учебник для студ. вузов. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Высшаяшкола, 2004. - 528 с.

6. Павлов А. Н. Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности: учеб. пособие для студ. вузов. - М.: Высшая школа, 2005. - 344 с.

7. Прохоров Б. Б. Экология человека. - М.: Academa, 2006. - 320 с.

8. Степановских  А.С. Общая экология: учебник для вузов. - М.: Юнити, 2008. - 602с.

9. Трофимова В.Л. Природопользование: толковый словарь / В.Л. Трофимова. – М.: Финансы и статистика, 2002. – 184 с.

10. Фомин Ю. А. Человечество в XXI веке - М.: СИНТЕГ, 2009. - 77 с.

11. Экология и экономика природопользования: учебник для студ. вузов / под ред. Э. В.Гирусова. - М.: Закон и право: ЮНИТИ, 2007. - 455 с.