Понятие и сущность биогеоценоза

 

СОДЕРЖАНИЕ 
 

ВВЕДЕНИЕ 3 

1. Основные понятия и представления о биосфере     4 

2. Биогеохимические циклы 6 

3. Биогеохимические круговороты веществ в биосфере 8 

    3.1 Круговорот углерода 8

    3.2 Круговорот фосфора 10

    3.3 Круговорот азота 11

    3.4 Круговорот кислорода 12

    3.5 Круговорот воды 13

    3.6 Круговорот серы 14

    3.7 Круговорот калия 14 

4. Соотношение биогеохимии с геохимией,

биологией и почвоведением                                                                               16 

5. Факторы, влияющие на устойчивость

  функционирования  экосистем 19 

6. Практическое значение биохимии 22 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

Список  использованной литературы 26 

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Как мы знаем, возникновение на Земле живой материи сделало возможным беспрерывную циркуляцию в биосфере химических элементов, которые  переходят из внешней среды в организмы и обратно. Эта циркуляция химических элементов и получила название биогеохимических круговоротов. Биогеохимический круговорот представляет собой часть биотического круговорота, включающую обменные циклы химических элементов абиотического происхождения, без которых не может существовать живое вещество (углерод, кислород, водород, азот, фосфор, сера и многие другие).

     В своей работе я представлю три основных типа биогеохимических круговоротов: круговорот воды, круговороты газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан), осадочные циклы химических элементов с резервным фондом в земной коре.

     Свою контрольную работу я выстроил таким образом, чтобы стало более ясно и понятно, как устроена и работает эта сложная  экологическая система. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.Основные  понятия и представления  о биосфере

 

    

     Биосфера  – это глобальная экосистема, область  обитания живых организмов, состав, структура и энергетика которой определяются и контролируются планетарной совокупностью живых организмов - биотой.

     Термин  «биосфера» впервые был введен в научный лексикон австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831–1914) в 1875г. Этим термином Э. Зюсс обозначил сферу обитания организмов.

     Согласно  учению В.И. Вернадского биосфера представляет собой сравнительно тонкую оболочку в окрестности поверхности Земли, включающую области распространения  живого вещества в почве, в воде, в нижнем слое атмосферы, а также и само живое вещество.

       В.И. Вернадский разработал представления, по которым, биосфера включает живое вещество (т.е. все живые организмы), биогенное (каменный уголь, торф, гумус, мел, известняк, нефти и т.д.), биокосное (продукты распада и переработки горных и осадочных пород организма), а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль) и рассеянные атомы.

     Биосфера  – внешняя оболочка Земли, в которую  входят часть атмосферы до высоты 25-30км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты.

     В современном понимании биосфера не среда жизни, а глобальная система, где в неразрывной связи существуют, с одной стороны, инертное вещество в твердой, жидкой и газовой фазах, а с другой, – разнообразные формы жизни и их метаболиты. Биосфера представляет собой единство живого вещества и пронизанной им наружной части земного шара. Живое вещество так же немыслимо без биосферы, как последняя без живого вещества.

     Теоретическую основу биогеохимии составляет учение о живом  веществе и биосфере, которое  разработанное В.И. Вернадским.

     Живое вещество в биосфере- это совокупность всех живых организмов, выраженная через массу, энергию и химический состав. Жизнь на Земле – самый грандиозный процесс, питаемый энергией Солнца и вводящих в движение едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева. Все живое вещество по своей массе занимает ничтожное место по сравнению с любой из верхних геосфер земного шара. По современным оценкам, общее количество массы живого вещества в современную эпоху составляет около 2420·10¹²m, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой оболочки Земли – атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду – в настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах вулканов. Живое вещество занимает особое место и качественно отличается от других природных образований, входящих в состав биосферы.

     Все растения планеты в результате фотосинтеза  ежегодно создают более 100·10⁹m органических веществ. Примерно половина этого количества приходится на фотосинтез океана. При этом растения усваивают около 200·10⁹m CO2 и выделяют около 145·10⁹m O2. Поэтому, именно благодаря растениям с их способностью к фотосинтезу, на Земле оказалось возможным бурное развитие различных форм жизни.   

  Главным свойством, которым обладает живое вещество, является постоянный и непрерывный массообмен химических элементов с окружающей средой. По этой причине живое вещество играет роль ведущего фактора геохимической эволюции наружной части Земли.

      Учение  о живом веществе – одна из областей соприкосновения естествознания и философии. В феномене живого вещества много неясного и загадочного. Образование живого только из живого не получило пока научного объяснения и дает основание рассматривать жизнь не только как земное, но и как космическое явление.

      Опираясь на труды Л. Пастера и П. Кюри, В.И. Вернадский считал, что живое вещество существует в особом пространстве, геометрия которого отличается от геометрии земных небиогенных тел. В.И. Вернадский был близок к взглядам другого выдающегося ученого и мыслителя XX в. – П. Тейяра де Шардена и разделял его идею о том, что «наличие жизни предполагает существование до беспредельно простирающейся преджизни». Не углубляясь в эти проблемы, можно уверенно констатировать весьма важное значение живого вещества для существующего химического состава наружных оболочек нашей планеты.¹ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Биогеохимические циклы 

     Живое вещество по массе составляет 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако играет ведущую роль в биогеохимических процессах.

     Ежегодная продукция живого вещества составляет 232,5 млрд т сухого органического вещества. За то же время на планете фотосинтезируется 115·10⁹ т кислорода. Для этого требуется, чтобы 170·10⁹ т диоксида углерода прореагировало с 68·10⁹ т воды. В процесс вовлекаются 6·10⁹ т азота, 2·10⁹ т фосфора, а также такие элементы, как калий, кальций, сера, железо.

     Живое вещество является наиболее активным компонентом биосферы. Оно осуществляет гигантскую геохимическую работу, преобразовывая другие оболочки Земли в геологическом  масштабе времени.

     Все химические элементы живой материи  циркулируют в биосфере по характерным  путям, переходя из внешней среды  в организмы, а затем возвращаясь  во внешнюю среду. Эти в большей  или меньшей степени замкнутые  пути называют биогеохимическими циклами (или круговоротами), причем «био» относится к живым организмам, а «гео»- к горным породам, воздуху и воде. Термин «биогеохимия» предложен академиком В.И. Вернадским.

     В каждом цикле различают две части  или два фонда:

• Резервный фонд – большая масса медленно движущихся веществ, в основном небиологический компонент;
• Подвижный, или обменный, фонд – меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

     Для биосферы в целом все биогеохимические круговороты делят на круговороты газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан) и осадочный цикл с резервным фондом в земле.

     На  рис.1 показана схема биогеохимического  цикла в сочетании с упрощенной схемой однонаправленного потока энергии, приводящего круговорот веществ в движение. В природе, в отличие от данной схемы, элементы никогда не бывают распределены по экосистеме равномерно и не находятся всюду в одной и той же химической форме. Резервный фонд обозначен как фонд элементов питания, а обменный фонд изображен в виде заштрихованного кольца, идущего от автотрофов к гетеротрофам и затем возвращающегося к автотрофам.

     Наличие больших резервных фондов в круговоротах углерода, кислорода и азота способствует быстрой саморегуляции соответствующих  биогеохимических циклов при различных местных нарушениях. Так, избыток CO2, образовавшийся из-за интенсивного горения, достаточно быстро рассеивается в атмосфере и, кроме того, усиленное образование диоксида углерода компенсируется увеличением его потребления или превращением в карбонаты в море. Поэтому считается, что круговороты веществ, включающие в себя большие атмосферные фонды, в глобальном масштабе хорошо зарезервированы или, по выражению Ю.Одума, «хорошо забуферены», так как их способность приспосабливаться к изменениям велика. В результате саморегуляции по принципу обратной связи подобные биогеохимические циклы достаточно совершенны. Тем не менее саморегуляция даже при таком громадном резервном фонде, каким является атмосфера, имеет свои пределы.  
 

Рисунок 1 – «Схема биогеохимического круговорота» 

Условные знаки: 

Pg – валовая продукция;

Pn – чистая первичная продукция, которая может быть потреблена гетеротрофами в данной экосистеме либо экспортирована, например, для нужд человека;

R – дыхание;

Р – вторичная  продукция. 

     Осадочным циклам характерно, что основная масса  вещества сосредоточена в относительно малоподвижном и малоактивном резервном  фонде – в земной коре. Поэтому  круговорот таких элементов, как  фосфор или железо, значительно менее самоконтролируемый и достаточно легко нарушается даже при небольших местных помехах.² 
 
 
 
 

3. Биогеохимические круговороты веществ в биосфере 

    3.1 Круговорот углерода 

     В ходе фотосинтеза атомы углерода переходят из состава углекислого газа CO2 в состав глюкозы и других органических веществ растительных клеток. Далее они переносятся по пищевым цепям, образуя ткани всех остальных живых существ экосистемы. Однако побывать в составе клеток живых организмов всех трофических уровней удается только малому числу атомов углерода, так как на каждом уровне большинство органических молекул расщепляется в процессе клеточного дыхания для получения энергии. После этого атомы углерода поступают в абиотическую часть окружающей среды в составе углекислого газа, чем завершается один цикл и создаются предпосылки начала другого цикла (Рис.2). 

                      

Рисунок 2-  «Структурная схема круговорота  углерода»                    
 

     Аналогичным образом углерод возвращается в атмосферу при сжигании любых органических соединений, например древесины, сухой травы или листьев, а также ископаемого топлива.

     Вывод части углерода из естественного  круговорота экосистемы и «резервирование» в виде ископаемых запасов органического  вещества в недрах Земли является важной особенностью рассматриваемого процесса. В далекие геологические эпохи значительная часть фотосинтезируемого органического вещества не использовалась ни консументами, нм редуцентами, а накапливалась в виде детрита. Позже слои детрита были погребены под слоями различных минеральных осадков, где под действием высоких температур и давления за миллионы лет превратились в нефть, уголь и природный газ. Подобные процессы протекают и в настоящее время, но значительно менее интенсивно. Их результат- образование торфа.