Гіпермаркет Знань>>Біологія>>Біологія 10 клас>> Біологія: Основи вчення про біосферу. Вплив діяльності людини на стан біосфери

Основи вчення про біосферу. Вплив діяльності людини на стан біосфери.

Пригадайте:

Які ділянки виділяють у спектрі сонячного випромінювання?

Що таке колообіг речовин, екологічне мислення?

Які оболонки оточують планету Земля?

Розвиток Землі, як й інших планет Сонячної системи, має свою тривалу геологічну історію. За цей час сформувалися її зовнішні оболонки: тверда (літосфера), рідка (гідросфера) і газоподібна (атмосфера) (мал. 149).

Літосфера (від грец. літос - камінь і сфера – куля) - зовнішня тверда оболонка планети завтовшки 50-200 км. Вона складається з поверхневого шару осадочних порід (крейда, вапняк, кремнезем тощо), сформованого за участі живих істот, а також граніту (середній шар) і базальту (нижній шар).

Сукупність усіх водойм (океанів, морів, річок тощо) утворює водну оболонку Землі - гідросферу, яка займає майже 71% поверхні планети. Ця оболонка може бути завтовшки понад 11 км.

Газову оболонку, розташовану над поверхнею літосфери і гідросфери, називають атмосферою (від грец. атмос - пара). її нижню частину заввишки до 15-18 км (у помірних широтах - до 8-12 км) називають тропосферою (від грец. тропос - зміна). Тут міститься зважена в повітрі водяна пара. Внаслідок нерівномірного нагрівання поверхні Землі вона формує хмари, здатні пересуватись на значні відстані. Температура тропосфери, особливо її нижніх шарів, непостійна.

Над тропосферою розташована стратосфера (від лат. стратус - шар) заввишки 80 км. Біля верхньої межі цього шару виникає північне сяйво (свічення газів, спричинене потоком електрично заряджених частинок, які випромінює Сонце). В атмосфері на висотах між 7-8 км (над полюсами), 17— 18 км (над екватором) і 50 км сформувався особливий озоновий екран (від грец. озон - пахучий). До його складу входить озон (03), який утворився під дією сонячної радіації з кисню (02). Озоновий екран мас виняткове значення для існування наземних біогеоценозів і біосфери в цілому, оскільки відбиває короткохвильове ультрафіолетове сонячне випромінювання, яке згубно діє на живу матерію.

Що таке біосфера?

Поняття «біосфера» (від грец. біос - життя) запропонував 1875 року австрійський учений Едуард Зюсс. Вчення про біосферу створив видатний український учений В.І. Вернадський.

На його думку, біосфера не є окремою єдиною оболонкою Землі, це лише частина її геологічних оболонок, населених живими організмами. Живі організми поширені у верхніх шарах літосфери, нижніх атмосфери і по всій глибині гідросфери. У глиб літосфери живі організми можуть проникати на відносно незначні відстані (наприклад, на глибині 2-4 км переважно в нафтоносних пластах можуть мешкати лише деякі групи бактерій). Проникнення живих істот у глиб літосфери обмежене високою температурою (понад +100° С) гірських порід і підземних вод на глибинах 1,5—15 км. Поширення організмів в атмосфері (переважно спор і цист мікроорганізмів) обмежене озоновим екраном, оскільки вище нього майже все живе гине під дією космічного випромінювання.

Тож найбільшу концентрацію живих організмів спостерігають там, де умови їхнього існування найсприятливіші: на межі окремих геологічних оболонок Землі: літосфери і атмосфери, атмосфери і гідросфери, літосфери і гідросфери.

Отже, біосфера - це сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдина глобальна екоситема вищого порядку (мал. 150).

В.І. Вернадський заклав основи нової науки - біогеохімії - вчення про геохімічну діяльність живих організмів. Біогеохімія вивчає роль живих організмів у перетворенні зовнішніх оболонок нашої планети: руйнуванні гірських порід, процесах ґрунтоутворення, формуванні осадочних порід, колообігу, перерозподілі та концентрації хімічних елементів у біосфері.

Що таке ноосфера?

Ще в першій половині XX століття В.І. Вернадський передбачав, що біосфера поступово розвиватиметься у ноосферу (термін запропонували 1927 року французькі філософи Едуард Леруа та П'єр Тейар де Шарден). Спочатку він розглядав ноосферу як особливу оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Але згодом він дійшов висновку, що ноосфера (від грец. ноос-розум) - це новий стан біосфери, за якого визначальним фактором стає розумова діяльність людини. За В.І. Вернадським, під впливом наукової думки і людської праці біосфера поступово переходить у свій новий стан - ноосферу. Людство все більше відрізняється від інших компонентів біосфери як нова надпотужна геологічна сила. Завдяки науковій думці, втіленій у технічних досягненнях, людина опановує ті частини біосфери, куди раніше не проникала.

Ноосфері як якісно новому етапу в розвитку біосфери властивий тісний зв'язок законів природи і факторів, які визначають розвиток людського суспільства. Цей зв'язок опирається на науково обґрунтоване раціональне використання природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність колообігу речовин і потоків енергії в окремих біогеоценозах і біосфері загалом. Характерною особливістю розвитку ноосфери є екологізація всіх сфер життя людини. Тому до розв'язання будь-яких проблем людина має підходити з позицій екологічного мислення.

Отже, ноосфера - це якісно нова форма організації біосфери, яка формується внаслідок її взаємодії із людським суспільством і передбачає гармонійне співіснування природи і людини.

Що таке жива речовина біосфери? Сукупність усіх організмів нашої планети В.І. Вернадський назвав живою речовиною.

Основними її характеристиками є сумарна біомаса, хімічний склад і енергія. Енергія живої речовини насамперед проявляється в здатності організмів до розмноження і поширення. Життя на нашій планеті відрізняється значною стійкістю до змін інтенсивності дії різних екологічних факторів. Так, у стані анабіозу організми здатні витримувати значні коливання температури (від абсолютного нуля до +100° С й вище), тиску (від сотих часток атмосфери до 1 000 атмосфер і більше на великих океанічних глибинах). Фактично живі організми відсутні лише в товщі льодовиків і в кратерах діючих вулканів.

Однією з властивостей живої речовини є її постійний обмін з довкіллям, під час якого через організми проходять різні хімічні елементи. Для здійснення процесів життєдіяльності живим істотам необхідні певні речовини і енергія, які вони дістають з довкілля, значно його змінюючи. Внаслідок постійного обміну речовин з навколишнім середовищем різні хімічні елементи надходять у живі організми, можуть у них накопичуватись і виходити у довкілля лише через деякий час або лише після їхньої загибелі.

Ви також пам'ятаєте, що зелені рослини виконують у біосфері космічну роль, вловлюючи енергію сонячного світла і перетворюючи її в енергію хімічних зв'язків, синтезованих ними органічних сполук. Сумарна первинна продукція автотрофних організмів у кінцевому підсумку визначає і біомасу біосфери в цілому.

Учені підрахували, що завдяки фотосинтезу продуценти щорічно створюють приблизно 160 млрд т сухої органічної речовини, з якої г/3 припадає на екосистеми СВІТОВОГО океану, а 2/3 - суходолу.

Як вам уже відомо, енергія далі разом з їжею надходить від рослин до рослиноїдних організмів, від них - до хижаків і т.д. Таким чином постійний колообіг речовин і потоки енергії забезпечують функціонування біосфери як єдиної цілісної екосистеми.

Які біохімічні функції живої речовини?

Жива речовина біосфери виконує різноманітні функції, пов'язані з процесами обміну речовин у живих організмах: газову, окиснювально-відновну, концентраційну.

Газова функція живої речовини полягає в тому, що живі істоти в процесі своєї життєдіяльності впливають на газовий склад атмосфери, Світового океану і ґрунту. Аеробні організми в процесі дихання поглинають із довкілля кисень і виділяють туди вуглекислий газ. Рослини і ціанобактерії в процесі фотосинтезу, навпаки, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Деякі організми (наприклад, певні групи бактерій) можуть впливати на концентрацію в довкіллі й інших газів (метану, сірководню, азоту тощо).

Окиснювально-відновна функція живої речовини полягає в тому, що за допомогою живих організмів у атмосферному повітрі, воді та ґрунті окиснюються чи відновлюються певні хімічні сполуки. Наприклад, залізобактерії здатні окиснювати сполуки заліза, денітрифікуючі - відновлювати нітрати і нітрити до молекулярного азоту чи його оксидів.

Концентраційна функція полягає у поглинанні живими істотами з довкілля і накопиченні у своєму організмі певних хімічних елементів. Так, молюски, форамініфери, десятиногі раки, хребетні тварини накопичують у своїх організмах сполуки кальцію; радіолярії і діатомові водорості - сполуки силіцію тощо.

Пригадайте:

Що таке біосфера, екологічна ніша, генофонд?

У процесі свого історичного розвитку вид Людина розумна поступово втрачав свою залежність від природи. На певному етапі розвитку цивілізації людина почала активно перетворювати природу і її вплив на довкілля зростав з кожним століттям, доки не став провідним екологічним фактором.

Але діяльність людини, яка визначає нині обличчя нашої планети, поставила її перед складним вибором: або і далі жити за принципом «після нас хоч потоп», нехтуючи законами природи, або ж розвивати те, що американський еколог Ольдо Леопольд називав «екологічною совістю», тобто відповідальність перед наступними поколіннями людей ,за стан нашої планети. Перелік екологічних проблем, породжених діяльністю людини, чималий. Невирішеність цих проблем поставила людство на межу біосферної кризи, яка загрожує самому його існуванню. Розглянемо ці проблеми докладніше.

Які проблеми породжує зростання населення Землі?

Причиною багатьох проблем, які стоять нині перед людством, є швидке збільшення населення нашої планети. За підрахунками вчених, у VII тис. до н. є. населення Землі не перевищувало 10 млн осіб (порівняйте: тепер лише в столиці Японії - Токіо - людей живе більше), на початку н. є. - 300, в середині XVII століття - майже 700 млн, у 1970 році - 3,6 млрд, а в 1990 - 5,3 млрд осіб (мал. 156).

Якщо ця тенденція зростання народонаселення зберігатиметься, то за прогнозами фахівців уже в 2030 році воно сягне 9 млрд. Лише за останні 50 років населення Землі збільшилося вдвічі, що дає підстави стверджувати про справжній демографічний вибух, наслідки якого неможливо передбачити. Зокрема, зростання народонаселення загострює проблему забезпечення його продовольчими ресурсами. При цьому регіони з найбільшою густотою населення часто не збігаються з місцями найрозвиненішого сільського господарства. Наприклад, у країнах Європи, Північної Америки, Австралії, де виробляють до 60% харчових продуктів, мешкає всього 30% населен¬ня Землі, тоді як для Східної Азії це співвідношення становить відповідно 28 і 53%.

Отже, проблема перенаселеності певних регіонів визначається співвідношенням густоти населення з наявними на цій території ресурсами, необхідними для існування людини.

Наприклад, густота населення Нідерландів, країни з високим рівнем розвитку сільського господарства, становить понад 1 000 особин на 1 км², тоді як для багатьох країн Африки, які перебувають на межі голоду, цей показник не перевищує 100.

Який сучасний стан ґрунтів нашої планети?

Забезпечення населення Землі продуктами харчування зумовлює щорічне збільшення площі орних земель. Але розорювання ділянок, зайнятих природними екосистемами, і вирубування лісів, які забезпечують оптимальний рівень ґрунтових вод і захищають ґрунти від впливу вітрів, спричинюють їхню ерозію. Ерозія (від лат. еродере - роз'їдати) ґрунтів - це зменшення товщі їхнього верхнього родючого шару внаслідок розмивання водою або видування вітром.

Ще одна причина скорочення площ орних ґрунтів — це їх засолювання, яке відбувається внаслідок  нераціонального зрошування. Надмірне зрошування спричинює підвищення рівня ґрунтових вод, а разом з ними і солей, що відкладаються на поверхні ґрунту.

Негативно впливає на родючість ґрунтів і їхніх мешканців застосування пестицидів (від лат. пестис - зараза і цидо - вбиваю) - хімічних сполук, які використовують для захисту рослин, продуктів харчування від шкідників. Надмірна кількість пестицидів забруднює природні екосистеми, а також продукти харчування, питну воду, з якими вони можуть потрапити в організм людини. Регулярне їхнє застосування спричинює появу шкідників, нечутливих до дії певних отрутохімікатів, та зникнення корисних видів.

Наприклад, у деяких районах Коста-Ріки вирощування бавовнику було припинено через те, що кошти, вкладені в боротьбу зі шкідниками, стійкими до дії пестицидів, почали перевищувати прибуток, який одержували від вирощування цієї культури. На згадку залишилися лише забруднені пестицидами ґрунти, непридатні для подальшого сільськогосподарського використання.

Внаслідок ерозії та інших процесів запаси гумусу нашої планети щорічно зменшуються приблизно на 24 млн тонн, а площа пустель лише за останні 25 років збільшилася на 120 млн га. Якщо ці процеси своєчасно не зупинити, то вже наприкінці XXI століття майже третина всіх орних ґрунтів може стати непридатною для сільськогосподарського використання.

Які проблеми пов'язані із появою великих міст?

Зростання населення Землі та стрімкий розвиток промисловості супроводжується інтенсивним розвитком міст, зокрема появою велетенських міст - мегаполісів (від грец. мегас - великий і поліс — місто). Нині в містах проживає понад 40% населення нашої планети, хоча вони займають не більше 0,5% її площі. Великі міста та їхні околиці є прикладом природного середовища, найспотворенішого діяльністю людини: руйнування природних екосистем, забруднення промисловими та побутовими відходами, інтенсивний рух транспорту тощо.

Як знищення лісів впливає на стан нашої планети?

За підрахунками вчених, протягом останніх 10 тис. років унаслідок діяльності людини площа лісів на нашій планеті скоротилася не менш ніж на V,. І навіть тепер, коли людина починає усвідомлювати катастрофічні наслідки цього процесу, площа лісів щорічно скорочується майже на 17 млн га. Насамперед винищуються тропічні ліси, які відіграють провідну роль у підтриманні екологічної рівноваги на нашій планеті. Ми вже згадували, що вирубування лісів спричинює накопичення в атмосфері вуглекислого газу, призводить до масового зникнення видів тварин і рослин (а в тропічних лісах мешкає майже половина всіх видів організмів). Майже повністю знищені первинні ліси Європи, а вторинні ліси, які їх заступили, мають збіднений видовий склад тварин, рослин і грибів.

Які проблеми пов'язані з використанням енергоресурсів?

Зростання населення Землі та інтенсивний розвиток промисловості загострюють проблему енергоресурсів. Ця проблема тісно пов'язана з екологічним станом нашої планети, оскільки ефективне використання енергоресурсів не лише знижує собівартість промислового виробництва, а й рівень видобутку корисних копалин, що, у свою чергу, значно знижує забрудненість довкілля.

В останні роки загострилися проблеми використання атомних електростанцій (АЕС), які діють у понад 30 країнах світу. Це і розв'язання проблем безаварійної роботи АЕС, і забруднення радіонуклідами територій, які їх оточують, і захоронення відпрацьованого ядерного палива тощо.

Так, ще й досі не розроблені надійні способи зберігання радіоактивних відходів: термін експлуатації контейнерів, в яких вони зберігаються, важко зіставити з періодом напіврозпаду радіоактивних сполук (у деяких ізотопів він може перевищувати 24 тис. років).

Як діяльність людини впливає на стан атмосфери?

Атмосферу забруднюють шкідливі для здоров'я людини та інших організмів викиди промисловості, вихлопні гази автотранспорту (сполуки сульфуру, аміак, метан, важкі метали тощо). Підприємства будівельної і вугледобувної промисловостей є джерелами забруднення атмосфери пилом.

Особливу небезпеку для довкілля становлять кислотні дощі, спричинені забрудненням атмосфери сірчистим газом (щорічно в атмосферу надходить близько 160 млн тонн двооксиду сульфуру і оксиду натрію). Ці дощі спричинюють тяжкі наслідки: стають мертвими прісні водойми, гинуть ліси, спостерігаються значні втрати врожаю (мал. 157).

Ще одна небезпека для живих організмів - руйнування озонового екрана внаслідок надходження в атмосферу хлорфторвуглецевих сполук. Ці сполуки використовують у холодильних агрегатах, кондиціонерах, аерозольних балончиках (розпилювачі лаків, фарб, парфумерії тощо). За підрахунками вчених, вже зруйновано до 5% озонового екрана, що може спричинити появу так званих озонових дірок, через які шкідливі ультрафіолетові промені можуть сягати поверхні Землі.

Як людина впливає на гідросферу?

Діяльність людини негативно впливає і на стан водойм. Виникають проблеми забруднення промисловими і побутовими стоками, пестицидами та добривами, які вимиваються з агроценозів, осушення тощо. Погіршення санітарного стану водойм, а також нераціональне використання водних ресурсів загострюють проблему питної води. Незважаючи на застосування сучасних методів очищення промислових і побутових стічних вод, до 10% найстійкіших забруднювачів все ж таки можуть залишатися у воді. Тому вони, навіть очищені, для побутових потреб можуть використовуватись лише обмежено.

Надходження неочищених чи недостатньо очищених стічних вод у природні водойми унеможливлює їхнє використання для відпочинку людей або рибалки. Потрапляння у водойми сполук фосфору й нітрогену сприяє масовому розмноженню ціанобактерій (явище, яке називають «цвітіння води»), що спричинює масову загибель інших гідробіонтів (через нестачу кисню і впливу токсичних сполук, які виділяють ціанобактерії).

Масову загибель гідробіонтів спричиняють і аварії танкерів, нафтодобувних платформ, унаслідок чого нафтова плівка вкриває значні площі водойм (мал. 158).

До зміни гідрологічного режиму водойм (глибини, швидкості течії, солоності тощо) призводить створення штучних морів (наприклад, сумнозвісний каскад водосховищ на Дніпрі). Такі зміни згубно впливають на екосистеми водойм. Так, у Дніпрі майже зникли прохідні осетрові риби через перекриття доступу до нерестилищ із Чорного моря.

Чим зумовлені зміни клімату нашої планети?

Діяльність людини є однією з причин зміни клімату Землі. Зокрема, інтенсивний розвиток промисловості та енергетичного комплексу збільшують концентрацію в атмосфері вуглекислого газу. Як ви пам'ятаєте, це явище має назву «тепличний ефект», унаслідок якого підвищується температура біля поверхні Землі (мал. 159).

Так, за останні 200 років вміст вуглекислого газу в атмосфері збільшився на 25%, а середньорічна температура біля поверхні Землі - на 0,5° С. Якщо цей процес триватиме і далі, то вже до середини XXI століття температура довкілля може зрости ще на 5° С. Це, у свою чергу, спричинить танення льодовиків і підйом рівня води у Світовому океані на 1-2 м, затоплення понижених місцевостей, а урагани і суховії перетворять на мертві пустелі значні території.

Чим зумовлене зникнення видів?

Інтенсивний вплив людини на природні біогеоценози (безпосереднє винищення організмів, руйнування їхніх місцеіснувань, забруднення довкілля) спричинив вимирання багатьох видів тварин, рослин і грибів. За підрахунками вчених, починаючи з 1600 року (1600 рік обраний за відправну точку невипадково. Річ у тім, що наукові описи (а часто - і наукові назви), а також музейні експонати видів тварин і рослин, які зникли до цієї дати, практично відсутні. До того ж, на цей час з'явилися перші фундаментальні зведення по видах рослин і тварин, одночасно посилився і вплив людини на природу) тільки птахів зникло 94 види і 164 підвиди, ссавців -63 види і понад 70 підвидів, серед яких дикий бик (тур), дикий кінь (тарпан), морська, або стеллерова корова, сумчастий вовк, нелітаючий голуб дронт тощо. А кількість зниклих видів безхребетних тварин і грибів взагалі важко підрахувати (мал. 160).

Тепер на межі зникнення понад 25 000 видів рослин, 200 - ссавців, 250 - птахів, десятки тисяч видів безхребетних тварин. Звичайно, багато видів організмів зникло з нашої планети і до появи на ній людини, тобто цей процес природний, і кожний біологічний вид існує лише певний історичний відрізок часу. Як вам відомо, до появи людини зникли риніофіти, трилобіти, динозаври, птерозаври тощо. Основними причинами їхнього вимирання є руйнування тих біогеоценозів, до складу яких вони входили. Проте поява людини і її вплив на природу (полювання, рибалка, перетворення довкілля) прискорили ці процеси. Вважають, що лише 25% видів після 1600 року вимерло через природні причини, тоді як за зникнення інших відповідальність несе саме людина.

Вимирання будь-якого виду організмів збіднює генофонд нашої планети, оскільки він має унікальний набір генів. Ви вже знаєте, що всі види пов'язані різноманітними зв'язками, тому зникнення деяких з них безперечно знижує стійкість і біогеоценозів у цілому. Навіть зникнення певних видів-шкідників може мати негативні наслідки і для самої людини: екологічну нішу такого виду обов'язково займе інший, екологічно близький. Тому людині доведеться вкладати значні кошти у вивчення цих видів, розроблення   нових заходів боротьби з ними тощо.

Взагалі слід знати, що в природі не існує «шкідливих» чи «корисних» видів. Ці поняття лише визначають роль того чи іншого виду стосовно людини та її господарської діяльності. У природних біогеоценозах усі види є необхідними їхніми складовими.

Контрольні запитання:

1. Які ви знаєте зовнішні оболонки Землі? Охарактеризуйте їх.
2. Що таке біосфера? Хто створив вчення про біосферу?
3. Чому біосферу вважають єдиною глобальною екосистемою нашої планети?
4. Що таке ноосфера? Чим вона характеризується?
5. Яке значення вчення В.І. Вернадського про ноосферу?
6. Що таке жива речовина біосфери?
7. Яка роль живої речовини у функціонуванні біосфери?
8. Чому антропогенний вплив став провідним екологічним фактором сьогодення?
9. Як впливає на біосферу зростання населення Землі?
10. Що таке ерозія ґрунтів? Які причини цього явища?
11. Які причини скорочення площі орних земель нашої планети?
12. Чому знищення лісів негативно впливає на стан біосфери?
13. Як споживання енергоресурсів впливає на стан біосфери?
14. Які причини погіршення стану атмосфери? Що таке «кислотні дощі» і «озонові дірки»?
15. Що таке «тепличний ефект»? Чим він спричинений і які можливі наслідки цього явища?
16. Як впливає діяльність людини на стан водойм?
17. Як впливає людина на біологічне різноманіття організмів нашої планети?

Поміркуйте:

Чому біосфера не становить окремої оболонки Землі?

Чому діяльність людини може спричинити скорочення площ орних земель на нашій планеті?

М.Є.Кучеренко, Ю.Г.Вервес, П.Г.Балан, В.М.Войціцький, Біологія, 11 клас
Вислано читачами з інтернет-сайтів  

_{Підручники та книги по всім предметам, домашня робота, онлайн бібліотеки книжок, плани конспектів уроків з біології, реферати та конспекти уроків з біології для 11 класу}

Зміст уроку
 конспект уроку і опорний каркас                      
 презентація уроку 
 акселеративні методи та інтерактивні технології
 закриті вправи (тільки для використання вчителями)
 оцінювання 

Практика
 задачі та вправи,самоперевірка 
 практикуми, лабораторні, кейси
 рівень складності задач: звичайний, високий, олімпійський
 домашнє завдання 

Ілюстрації
 ілюстрації: відеокліпи, аудіо, фотографії, графіки, таблиці, комікси, мультимедіа
 реферати
 фішки для допитливих
 шпаргалки
 гумор, притчі, приколи, приказки, кросворди, цитати

Доповнення
 зовнішнє незалежне тестування (ЗНТ)
 підручники основні і допоміжні 
 тематичні свята, девізи 
 статті 
 національні особливості
 словник термінів                          
 інше 

Тільки для вчителів
 ідеальні уроки 
 календарний план на рік 
 методичні рекомендації 
 програми
 обговорення

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.