Роль биосферы в формировании географической оболочки

           МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Новокузнецкий институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

«Кемеровский государственный университет»

Факультет физической культуры, естествознания и природопользования

Кафедра геоэкологии и географии

 

 

 

Букатова Наталья Сергеевна

гр. ГБЖДз-19-1

 

 

РОЛЬ БИОСФЕРЫ В ФОРМИРОВАНИИ ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Общее землеведение»

 

по направлению подготовки 44.03.05 Педагогическое образование

направленность (профиль) подготовки «География и Безопасность жизнедеятельности»

 

 

 

 

 

                                                                 Проверил:

                                                                           канд. геол.- мин. наук,

                                                                         доцент Ю.В. Удодов

                                                                    

                                                                  Общий балл:

                                                                        ____________

                                                           Оценка:

                                                                         ____________

                                                                     подпись

                                                                              

                                                                               « ...»………. 2021 г.

 

 

 

 

                                             Новокузнецк 2021

Содержание:

 

Ведение Глава I. Современные представления о биосфере 1.1.          Общая характеристика биосферы 1.2.          Структура биосферы Глава II. Биосфера, как компонент географической оболочки         2.1. Влияние биосферы на атмосферу и гидросферу         2.2. Влияние биосферы на литосферу Заключение Список литературы

3 5 5 8 12 12 20 27 29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

          В XX в. значительно увеличился объем воздействия человека на природу. Научно-техническая революция увеличила возможности человечества, благодаря великим открытиям в физике, химии, биологии, географии и других науках. Сила воздействия на природную среду увеличивается вдвое через 12 — 15 лет. Антропогенное воздействие на природу следует законам развития общества, а не природы. Следовательно, они часто противоречат естественному ходу развития нашей планеты. Такое нерациональное использование окружающей среды может превысить порог ее самозащиты.   

            Для решения данных проблем нужно учитывать концепцию географической оболочки, как целостную саморазвивающуюся систему, находящуюся в подвижном равновесии. Целостность географической оболочки определяет взаимопроникновение ее составных частей и их непрерывное взаимодействие. В ней происходит вечный круговорот и обмен веществ и энергии. Границы географической оболочки почти совпадают с границами биосферы. Биосфера оказывает активное влияние на все составные части географической оболочки. Знание закона целостности географической оболочки имеет большое практическое значение. Особенно важно учитывать его при планировании хозяйственной деятельности.

          Современная географическая оболочка является результатом длительного развития и преобразования. Поэтому очень важно изучать влияние биосферы, как самой активной части географической, оболочки на ее формирование. Чем полнее человек изучит механизмы формирования географической оболочки, тем точнее он научится прогнозировать возможные последствия, и тем лучше нам удастся сохранить нашу планету пригодной для жизни во всем ее удивительном многообразии.

          Объект исследования – формирование географической оболочки.

          Предмет исследования – роль биосферы в формировании географической оболочки.

          Цель: определение роли биосферы в формировании географической оболочки.

             Задачи:   

1. Проанализировать общую характеристику биосферы.

2.Охарактеризовать структуру биосферы.

3.Изучить влияние биосферы на атмосферу, гидросферу и литосферу.

              Методы исследования: анализ литературы по теме работы, систематизация  и обобщение полученной информации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава I. Современные представления о биосфере

1.1    Общая характеристика биосферы

       Само понятие «биосфера» в 1875 году  предложил геолог из Австрии Эдуард Зюсс. Но в то время этот термин не получил широкого распространения. А в 1925 г. русский ученый, минералог и химик В.И. Вернадский сформулировал учение о планетарной (геологической) роли  и химическом составе живого вещества, которое и легло в основу современных  представлениях о биосфере.

        Биосфера  – это оболочка Земли, которая содержит живое вещество и часть абиотической среды, в беспрерывном обмене с которым находится биологическое вещество [2]. Под живым веществом мы понимаем здесь комплекс всех живых организмов, существующих на нашей планете. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы - тропосферу, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, и поверхность почвы. Однако, разграничение это довольно условно, так как некоторые «очаги жизни», появившиеся благодаря техническому прогрессу, встречаются и за пределами пласта жизни [2], например, космический транспорт, буровые скважины.

        Развитие биосферы проходило неравномерно на протяжении всей истории нашей планеты. Самое большое влияние, на становление внешнего вида Земли, стало очевидно только в последние 600–700 млн. лет, когда по мере заселения материков сильно повысился уровень фотосинтеза [2], что в свою очередь привело к резкому повышению доли кислорода в  атмосфере.

        В истории эволюции биосферы можно условно выделить 5 стадий, в каждой из которых произошло важное прогрессивное продвижение; которые в итоге способствовали образованию современной биосферы (рис. 1).

 

Рис. 1. Эволюция биосферы Земли [24].

         1 стадия - хемогенез (химическая эволюция). Большинство гипотез о происхождении жизни на Земле предполагают, что долгое время Земля была безжизненной даже после того, как на планете сформировалась температурная среда пригодная для живых организмов. В этот период на ее поверхности, в океане и атмосфере под воздействием солнечного излучения проходил абиогенный синтез органических соединений (водород, аммиак, метан, водяной пар), который далее привел к появлению первых организмов, самых примитивных [10]. Длительность этой стадии по предположениям длилась не менее чем 1 млрд. лет.

         2 стадия - биогенез. Из простых организмов появляются сложные. Это стало возможным благодаря насыщению атмосферы кислородом. В верхних слоях атмосферы концентрация кислорода увеличивалась, и под действием ультрафиолетового излучения образовывался озон, который задерживал коротковолновую радиацию, губительную для живых организмов. На ранних этапах биогенеза уровень кислорода составлял около 0,1% от современного уровня; данное изменение атмосферы началось около 2 млрд. лет назад, тогда возникли первые фотосинтезирующие организмы (вероятно, это были сине-зеленые водоросли – прокариоты) [2]. Значительное увеличение уровня кислорода началось предположительно 1,5 млрд. лет назад вместе с появлением хлорофилловых клеток, обладающих способностью поглощать углекислый газ и выделять кислород в больших объемах. Затем, около 600 млн. лет назад произошел еще один резкий скачок уровня кислорода в атмосфере (с 3% до 50% – в меловом периоде 140 млн. лет назад). Причиной этого стал выход и расселение по суше сначала низших, затем высших автотрофов.

         3 стадия - социогенез. Появление человека и его распространение по планете (1,5 – 3 млн. лет назад).

         4 стадия - техногенез. Данная стадия началась 110-115 тыс. лет назад в связи с появлением городских поселений. В этот период в результате производственной деятельности человека активно формируется техническая оболочка – природно-технических и техногенных комплексов [9].

          5 стадия - ноогенез. На данный момент это высшая стадия эволюции биосферы. Прежде всего, она связана с прекращением одностороннего использования природных ресурсов и началом разумной и управляемой социально-природной системы. Главная ее особенность заключается в  рациональном  взаимодействии человека с природой. Определяющим фактором формирования биосферы становится человеческая деятельность [4]. Главной целью ноосферы является сохранение биосферы того вида, который является благоприятным для выживания и развития человека.  

1.2 Структура биосферы

          В современной биосфере выделяют следующие структурные уровни (рис. 2):

          Аэробиосфера располагается в границах атмосферы. Вещество в атмосфере распределяется крайне неравномерно, это обуславливается тем, что по мере удаления воздуха от поверхности Земли, плотность его уменьшается. Как правило, атмосферу делят на три слоя: тропосферу (от поверхности до высоты 8–10 км), стратосферу (8–10 км до озонового слоя) и ионосферу (выше озонового слоя).

Рис. 2. Структурные уровни биосферы [23]

         Также атмосферу можно разделить на тропобиосферу, границы которой соответствуют тропосфере. В ней обитают почти все аэробионты, и альтобиосферу  с границами от 8–10 км до озонового слоя [10], за пределами которого ультрафиолетовое излучение делает невозможным существование жизненных форм.

         В последнее время выделяют парабиосферу – это пространство, выше озонового слоя, куда возможно случайное попадание организмов, но дальнейшее существование их там невозможно; апобиосферу (слой выше 60–80 км, куда никогда не поднимаются живые организмы, но может заноситься биовещество; артебиосферу [6] - космическое пространство, в котором существуют биологические организмы на ограниченных пространствах, созданных человеком (космических спутниках, космических станциях и т.п.).

           Гидробиосфера – это водная оболочка Земли, в состав которой входят все воды Земли (гидросфера). Границы ее распространяются от поверхности моря до глубины 11 км. Она подразделяется на марианобиосферу (или океанобиосферу), и аквабиосферу, которая также разделяется на реаквабиосферу (реки) и лимноаквабиосферу (озера) [5].

          Геобиосфера – это оболочка самая населенная организмами [4], границы ее располагаются от границы с атмосферой (поверхность почвы) и гидросферой до глубины 20-25 километров (верхняя часть литосферы). Геобиосфера состоит из террабиосферы и подземной части – литобиосферы (см. рис. 3). [5]. Сегодня, опытно подтвержденная, глубина распространения микроорганизмов составляет около 2 км [2].

Рис. 3. Слои биосферы с высотами их распространения[19]

Компоненты биосферы

           В. И. Вернадский в структуре биосферы выделял семь видов вещества: живое; биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке); косное (абиотическое); биокосное; вещество в стадии радиоактивного распада; рассеянные атомы; вещество космического происхождения.

          Вещества, в создании которых живые организмы не принимали участие, относятся к абиотическим компонентам биосферы. [9] Например, земная кора (кроме верхнего слоя – почвы, и продукты фоссилизации, - захоронения органического вещества), вещества и минералы, попавшие в биосферу из-за её пределов (глубин планеты, космоса). Довольно трудно выделить  «чистое» абиотическое вещество, так как все неживые вещества  подвергаются воздействию живых организмов в биосфере. Поэтому, абиотическое вещество, образовавшееся и перерабатываемое живыми организмами, называется биокосным [4] (например: почва, ил).

          Биогенное вещество – это вещество, образованное и перерабатываемое живыми организмами. В процессе органической эволюции все живые организмы многократно профильтровали с помощью своих органов и тканей все воды мирового океана, всю атмосферу, огромное количество минеральных веществ (так образовались кислород, нефть, уголь и др.) [8].

          Биомасса или живое вещество – совокупность всех живых организмов на планете, способных распространению по планете, к воспроизводству, борьбе за пищу, территорию и т.д. Живое вещество связано с абиотическим веществом – атмосферой (до озонового слоя), полностью связано с литосферой и гидросферой, обитает, в основном, в пределах почвы, но также может встречаться и за ее пределами.

          Биомасса биосферы неоднородна и характеризуется следующими типами трофических взаимодействий: автотрофностью, гетеротрофностью, миксотрофностью [3]. Благодаря трофическим экологическим взаимодействиям неорганическое (косное) вещество преобразуется в органическое и обратно перестраивается органическое вещество в минеральное.

          Живое вещество обладает исключительными свойствами: это огромное количество свободной энергии; химические реакции, проходящие в миллионы раз быстрее, чем в косных веществах Земли; способность произвольного движения – роста или активного перемещения; специфичные химические соединения – белки, ферменты и проч., обладающие устойчивостью в составе живого вещества; абсолютное разнообразие размеров и форм, химических составов и т.п., очевидно превосходящее все контрасты в абиотическом, неживом веществе; стремление заполнить все окружающее пространство [3].

          В пределах отдельного геологического периода количество живого вещества биосферы является неизменным. В соответствии с законом биогенной миграции атомов [10], живое вещество является химическим и энергетическим связующим звеном между поверхностью Земли и Солнцем.

          В.И. Вернадский придерживался гипотезы панспермии [10] (занесения жизни на Землю из космоса). Методы и подходы кристаллографии В.И. Вернадский применял на вещество живых организмов. Он считал, что живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени [17]. Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы.

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава II. Биосфера, как компонент географической оболочки

2.1. Влияние биосферы на атмосферу и гидросферу

          Живые организмы играют главную роль во всех процессах биосферы и сущность данных процессов раскрывается через функции живого вещества в биосфере, обусловленные его специальными свойствами рассмотренными выше. Все эти свойства живого вещества сформировались благодаря концентрации в нем огромных энергетических запасов.

         Роль живого вещества на планете:

- Улавливание и производство резервов солнечной энергии в процессе фотосинтеза.

- Окислительно-восстановительные процессы (аэробные и анаэробные организмы).

- Концентрирование химических элементов.

- Производство органических веществ и его распространение по планете.

- Отложение органического вещества в течение длительного периода (нефть, каменный уголь, мел, известняки и проч.).

- Создание почвы и ее плодородного слоя

- Санитарно-очистительная функция (разложение мертвых органических остатков).

- Население химических элементов организмами [7].

         Живые существа (микроорганизмы, животные, растения) населяют поверхность Земли,  ее атмосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы, образуя в целом слой жизни (сферу) на нашей планете. Верхняя граница биосферы условна и простирается около 85 км над поверхностью Земли. Именно на данной высоте (в стратосфере), во время запуска геофизических ракет в образцах воздуха были выявлены споры микроорганизмов в латентном состоянии из-за неблагоприятных условий для существования [4]. Нижняя граница биосферы располагается в глубине литосферы, где температура составляет больше 1000℃ (в молодых складчатых областях – это около 2 км и на кристаллических щитах приблизительно 8 км). Очень удивляет приспосабливаемость живых организмов. Например, живые бактерии были обнаружены в гейзерных источниках с температурой достигающей 980℃. Довольно разнообразная и активная жизнь кипит в разломах антарктических ледников и в больших глубинах Мирового океана [20]. Даже в пораженные сероводородом океанические воды населяют специфические серные бактерии.

        Рассмотрим влияние биосферы на атмосферу. По словам В.И. Вернадского, атмосфера Земли – это «создание жизни». Он считал, что в современной атмосфере весь свободный кислород имеет биогенное происхождение. Однако в настоящее время это положение оспаривается. Атмосфера (от греч. athmos — пар, sphaira — шар) — это газовая оболочка Земли. Первичную атмосферу Земли слагали: метан, аммиак и другие газы. Структура современной атмосферы является результатом подвижного равновесия, которое поддерживается геохимическими явлениями глобального масштаба и различными процессами жизнедеятельности живых организмов. Строение атмосферы слоистое четко выраженное. Нижний, слой воздуха наиболее плотный — тропосфера. Высота тропосферы зависимости от широты Земли варьируется от 10 до 15 км [11]. Именно в этом слое содержится до 80% водяного пара и 80 % массы атмосферы, происходят физические процессы, которые формируют погоду и влияют на климат всех регионов нашей планеты. Выше тропосферы расположена стратосфера, граница ее простирается до высоты 40 км. В стратосфере находится озоновый слой, главная роль, которого поглощение большей части ультрафиолетовой радиации. Он предохраняет жизнь на Земле. Выше стратосферы простирается ионосфера, обладающая повышенной ионизацией молекул газа. Высота этого слоя достигает 1300 км, он, как и озоновый слой, оберегает все живое от опасного воздействия космической радиации, влияет на поглощение и отражение радиоволн. Выше, до 10 000 км простирается экзосфера, где с увеличением высоты убывает плотность воздуха [12]. Она приближается к разреженности вещества в максимальном пространстве. Главными составными частями современной атмосферы являются кислород, углекислый газ, азот и аргон (рис.4).

Рис.4 Строение атмосферы [26].

          Параметры, которые характеризуют атмосферу (химический состав, давление, температура и др.), меняются, в зависимости от высоты над уровнем моря, а те параметры, которые характеризуют нижние слои атмосферы зависят от географической широты [9]. Плотность газов атмосферы, так же как и давление, тесно связаны с уменьшением сил гравитации по мере отдаления от поверхности Земли, а температура, в свою очередь, зависит от взаимодействия излучения Солнца с различными газами во всех слоях атмосферы, а именно с тем,  как эти газы принимают различные излучения [3]. Однако наибольшая часть солнечного излучения, имеет длины волн около максимума спектра. Она не поглощается атмосферой и доходит до поверхности планеты, тем самым согревает ее.

          Атмосфера - это наружная оболочка Земли, а это значит, что она «разграничивает» планету и космическое пространство, тем самым ослабляет часть излучений поступающих из космоса и сглаживает резкие колебания температур в биосфере [1]. Помимо этого, она является средой обитания и распространения микроорганизмов, птиц и млекопитающих, многих насекомых, а также семян, плодов.

          Первичный состав древней атмосферы Земли сформировали газообразные продукты химических процессов, протекавших в первичном веществе под воздействием высоких температур и давлений; при этом в земной атмосфере образовалось так много водяного пара, что значительная часть их сконденсировалась, образовав первичный океан. Эти процессы продолжаются на Земле и сейчас, хотя уже совсем не так интенсивно, как в начале эволюции. Природные процессы, как потребления, так и образования компонентов атмосферы приблизительно уравновешивают друг друга, то есть обеспечивают постоянный состав газов, составляющих атмосферу [4].

            Природа сама регулирует такие явления, как выплеск в атмосферу вулканических газов, пыли от природных пыльных бурь, дым от природных пожаров. Все эти выбросы рассеиваются в атмосфере, оседают или выпадают на поверхность Земли с осадками. Их перерабатывают почвенные микроорганизмы, и в результате образуют углекислый газ, азотные и сернистые соединения почвы, то есть почвенные компоненты и компоненты воздуха [8]. Именно в этом заключается причина постоянного состава атмосферного воздуха. С появлением человека на Земле, и развитием его хозяйственной деятельности сначала постепенно, а затем бурно и в настоящее время стремительно начался процесс изменения газового состава воздуха и нарушения природной устойчивости атмосферы. Примерно 10 000 лет назад человек научился пользоваться огнем. И тогда к природным источникам загрязнения атмосферы добавились продукты сгорания разного вида топлива. В самом начале это были древесина и другие виды растительного материала [10].

         В современном мире больше всего вреда атмосфере приносит топливо искусственно произведенное, например, продукты переработки нефти (бензин, мазут, керосин) и синтетическое топливо. Сгорая, это топливо образует угарный газ, оксиды азота и серы, тяжелые металлы и другие ядовитые вещества техногенного происхождения (загрязнители) [8].

         Таким образом, современная атмосфера – это продукт жизнедеятельности живых организмов, и в том числе человека, регулирующих, изменяющих и определяющих ее состав.

        Теперь рассмотрим влияние биосферы на гидросферу. Гидросфера представляет собой совокупность океанов, морей, рек и озер, ледников и подземных вод. Гидросфера образует водную оболочку Земли, занимает более 70% поверхности планеты.

         Водная оболочка Земли произошла в процессе излияния базальтов и выноса в результате воды, углекислого и других газов. В океанах и морях сосредоточено примерно 96,4 % общего объема гидросферы, на подземные воды приходится 1,7 %, в снегах и льдах (главным образом Антарктиды, Арктики и Гренландии) сосредоточено порядка  1,86 %, в поверхностных водах, суши (реки, болота и озера) содержится около 0,02 % и совсем незначительная часть воды находится в атмосфере и живых организмах (рис.5).

         Рисунок 5. Состав гидросферы [22]. 

         Ежегодное количество воды, выпадающей с осадками на земную поверхность, равно количеству воды, которая испарилась с водной поверхности Мирового океана и суши. В глобальном круговороте влаги на Земле самыми подвижными являются воды суши и атмосферы [4].

         Природные воды являются сложным раствором различных веществ в отличие от химически чистой воды. Без растворенных в воде газов и солей не было бы в объектах гидросферы растительности и живых организмов.

         В составе вод гидросферы содержатся почти все химические элементы. Основными элементами в составе вод океана являются водород, кислород, натрий и хлор. Карбонаты же преобладают в водах суши. Концентрация минеральных веществ в озерах и реках зависит от местных условий климата.

         Современный солевой состав вод гидросферы сформировался за счет продуктов химического выветривания изверженных пород и продуктов дегазации мантии Земли. Особую роль в формировании солевого состава океанических вод выполняют речные системы суши. Так, катионы натрия, магия, кальция, калия, стронция и др. привнесены в воды Мирового океана главным образом речным стоком. Содержащиеся в гидросфере углерод, азот, свободный кислород и др. элементы поступают из атмосферы и живого вещества океана и суши [11]. Большое содержание в Мировом океане биогенных элементов обусловливают благоприятную среду обитания для растительных и животных организмов.

         Формирование химического состава природных вод происходит под воздействием двух независимых факторов: планетарных естественноисторических и геологических условий; хозяйственной деятельности человека.

         Изменение химического состава природных вод под воздействием хозяйственной деятельности обусловливается внедрением в гидросферу огромного количества различных технологических отходов промышленного и сельскохозяйственного производства [8]. Загрязнение водных объектов бассейновых геосистем суши (рек, озер, водохранилищ и т. п.) и, в конечном итоге, вод Мирового океана создают серьезную проблемную ситуацию, угрожающую процессам эволюционного развития биосферы Земли [6]. Мировой океан образует самое большое скопление вод на земной поверхности: 133,8-106 км³ или % от общего объема вод гидросферы. Он играет огромную роль в процессах жизнедеятельности на Земле. Являясь, как бы, главным водохранилищем на планете Земля, Мировой океан выполняет важную роль приема и накопления солнечной энергии. Вследствие большой теплоемкости воды по сравнению с теплоемкостью воздуха океан оказывает большое регулирующее воздействие на колебания температуры воздуха окружающего пространства на площади 70,8% земной поверхности. В умеренных и полярных широтах океанические воды летом накапливают тепло, а зимой отдают его атмосфере. В экваториальных и тропических широтах вода нагревается и течениями переносится в более высокие широты и тем самым утепляет их, а холодные воды возвращаются к тропикам обратными течениями. Мировой океан оказывает большое влияние и на процессы движения круговорота вещества на Земле: влагооборот, взаимный обмен с атмосферой кислородом и углекислым газом, вынос на сушу растворенных веществ, транспортировка в океан реками продуктов эрозии и деятельности человека и биохимические превращения веществ [8].

         В процессах движения вещества и энергии на Земле немалую роль играют воды суши — реки, озера, болота и подземные воды. Поверхностные воды непрерывно совершают большую геологическую работу в процессах разрушения, растворения, переноса и отложения минеральных и органических веществ. Суммарное количество транспортируемого реками в Мировой океан материала составляет более 17 млрд тонн в год [12].

        Химический состав природных вод является функцией ряда прямых и косвенных факторов. К прямым факторам формирования химического состава относятся: химический состав и свойства горных пород и почвенных покровов; жизнедеятельность живых организмов и хозяйственная деятельность человека, где протекают процессы формирования качественных показателей природных вод (поверхностных, подземных). К косвенным факторам относятся условия, которые определяют протекание процессов взаимодействия веществ с водой: климат, рельеф местности, животный и растительный мир, виды хозяйственной деятельности [3].

        Мировой океан, являющийся основной частью гидросферы, служит средой обитания огромного количества самых разнообразных представителей растительного и животного мира и мира микроорганизмов.   Все морские организмы делят на три большие группы: планктон, нектон и бентос. Планктон (от греч. путешествующий) - самая большая по числу видов группа организмов, включающая в себя растения и животных, не способных самостоятельно передвигаться, «парящих» в толще воды и перемещаемых течениями. Планктон подразделяют на фито- и зоопланктон. Основная масса фитопланктона сосредоточена в поверхностном (50-80-метровом) слое воды океанов, где достаточно для фотосинтеза солнечного света. К нектону (от греч. плавающий) относятся животные, способные самостоятельно передвигаться в воде (рыбы, водные млекопитающие, кальмары и др.). Организмы, прикрепленные ко дну водоемов, ползающие по нему и зарывающиеся в него, относят к бентосу (от греч. глубинный), который подразделяется на фитобентос (разнообразные многоклеточные водоросли) и зообентос (губки, черви, моллюски и другие беспозвоночные) [2].

          Масса живого вещества в гидросфере распределена крайне неравномерно. Наибольшую биомассу имеет фитопланктон, области концентрации которого занимают около 10% площади Мирового океана и в основном расположены на шельфах. Так как для большинства представителей нектона и зообентоса фитопланктон является основным или единственным источником пищи, распределение областей их концентрации приурочено к ареалам фитопланктона [1].

          Организмы непрерывно потребляют и выделяют воду. Особенно интенсивен процесс транспирации, то есть испарения влаги растениями. Так, лесная растительность Земли ежегодно испаряет 50 млн. км³ воды. Газовый и солевой состав вод суши и океана во многом зависит от организмов, живущих в воде, а также на площади водосборных бассейнов. За счет них в воду поступают: углекислый газ, гуминовые вещества, соединения серы, фосфора, азота и др. элементы. В результате вода становится химически активной, то есть повышается ее способность растворять химический соединения. Микроорганизмы, живущие на дне озер и морей, а также в подземных водах, способны отнимать кислород у сульфатов, нитратов, марганца, гидроокислов железа, что приводит к образованию сероводородных вод и вод, содержащих метан [4].

        Таким образом, живые организмы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют. Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловлен жизнедеятельностью организмов.

 

2.2 Влияние биосферы на литосферу

 

        Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород. Мощность литосферы составляет от 50 до 200 км. Верхняя часть литосферы состоит из осадочных горных пород. Под ними лежат гранитный и базальтовые слои. На поверхности литосферы находится почва [3].

          В границах литосферы периодически происходили и происходят грозные экологические процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических ситуаций в определенном регионе планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофа. Литосфера не есть единое целое. Она расколота на отдельные куски, части, которые называют плитами. Сейчас литосфера Земли состоит из семи больших плит и нескольких более мелких плит. Литосферные плиты скользят в определенных направлениях, наезжая при этом друг на друга. Упираясь, друг в друга, они создают нарушение водного баланса и напряжения, которые заканчиваются землетрясениями [8].

         Литосфера образовалась в процессе остывания и кристаллизации частично расплавленного вещества мантии Земли. Ее часто называют «силикатным льдом». Имеется в виду, что литосфера, состоящая в основном из силикатов, т.е. солей кремниевых кислот, содержащих SiO2, формируется подобно образованию льда при замерзании воды. Формирование литосферы началось 4–3,5 млрд. лет назад [5].

         Согласно концепции глобальной эволюции Земли история атмосферы связана с дегазацией планеты отнюдь не меньше, чем история гидросферы. Полагают, однако, что уже на ранних этапах своей эволюции (4,7–4 млрд. лет назад) Земля, еще не приобретя гидросферы, уже обладала атмосферой, но крайне разреженной [9].

          Рождение плотной атмосферы оказалось связанным с выделением тех летучих соединений, которые попали на Землю в связанном состоянии: вода – с гидросиликатами, азот – с нитритами и нитратами, углекислый газ – с карбонатами и т.д. Подлинным динамическим источником атмосферы Земли оказалась начавшаяся ее активная дегазация (4 млрд. лет назад). Около 3 млрд. лет назад Земля пыла окутана плотной, состоящей в основном из азота (N2) и углекислого газа (С02) атмосферой с давлением до 4 атм. Последующая история Земли связана в основном со своеобразной «заменой» углекислого газа кислородом. Насыщение слоя океанической коры водой сопровождалось связыванием С02 в карбонаты (доломиты), поскольку при избытке углекислого газа в атмосфере реакции гидратации сопровождаются его связыванием в карбонаты. Это привело к извлечению углекислого газа из атмосферы и снижению его парциального давления почти до современного. Обеднение атмосферы СО2 – газом, задерживающим инфракрасное (тепловое) излучение Земли, привело к резкому снижению приземной температуры (с 90 до 6°С), которое 2,4 млрд. лет назад сопровождалось грандиозным оледенением [6].

          Активную роль в извлечении углекислого газа из атмосферы сыграли также зеленые растения и фотосинтезирующие микроорганизмы. Речь идет о процессе фотосинтеза [8]. Если учесть обмен веществ организмов с окружающей средой, то мы придем к выводу, что все химические элементы земной коры были многократно использованы жизнью, а вся вода гидросферы сотни тысяч раз входила в состав живого вещества.

          Чрезвычайно велика роль организмов в создании осадков, процесс накопления которых на дне морей и океанов приводит к росту осадочного слоя земной коры. Ведущая роль в этом процессе принадлежит в океанах планктону. Микроскопические одноклеточные водоросли диатомеи, поглощая из морской воды SiO2, накапливают его в своих оболочках. Из скорлупок диатомей формируются горные породы – диатомиты, трепел, опоки. Другие одноклеточные растения – кокколитофориды накапливают в своих оболочках углекислый кальций. Из мельчайших пластинок кокколитофорид состоит мел и некоторые известняки [5]. В формировании известковых осадков принимают участие также и многие бентонные организмы – известковые водоросли, кораллы, мшанки, моллюски, брахиоподы и т.д.

          Организмы играют большую роль в накоплении некоторых элементов, например, железа, марганца, алюминия, магния, бария, стронция, фосфора, серы, йода, цинка, меди, иттрия, железа и марганца, марганец, например, выделяется из морской воды под влиянием особых железных и марганцевых бактерий, окисляющих и концентрирующих эти элементы. Биохимическим путем возникли многие месторождения фосфора [16].

          Основная масса живого вещества на суше сосредоточена в виде растительности, после отмирания которой образуются горючие полезные ископаемые – торф, бурые и каменные угли, горючие сланцы. За счет органического вещества – залежи нефти. Большое значение имеют организмы для формирования пород, таких как граниты, так или иначе связаны своим происхождением с биосферой  [11].  Выявление самых ранних следов жизни затруднено потому, что все известные горные породы с возрастом древнее 3,5 млрд. лет сильно метаморфизованы и отпечатки живых организмов в них исчезли. Существует метод поиска проявления жизни не по их отпечаткам, а по их геохимическим следам жизнедеятельности. Такими следами является соотношение стабильных изотопов жизненно важных элементов, в первую очередь углерода, так как образующееся в ходе биологических процессов органическое вещество обогащается легким изотопом [7].

          Несмотря на то, что площадь суши в четыре раза меньше площади, занимаемой поверхностью океана, на ней сосредоточено около 57% биомассы планеты. Суша - это, прежде всего почвенный покров, то есть, согласно учению основоположника научного почвоведения В.В. Докучаева, верхний слой земной коры, видоизмененный рядом факторов [5], но не последнее место среди которых принадлежит живым организмам. Это главный поставщик продуктов питания человека.

           Нельзя не видеть, как в великий круговорот веществ в природе, в биохимические циклы вовлекаются почвенно-растительным покровом суши десятки миллионов тонн таких минеральных веществ, как соединения фосфора, кальция, калия, серы, кремния, магния. Именно вода, углекислота, соединения азота и фосфора, предоставляемые растениям почвенным покровом, являются созидателями живого, вещества эти циклически накапливаются созидателями живого вещества - биомассы урожая. В ходе почвообразовательных процессов вещества эти циклически накапливаются в верхних, гумусовых горизонтах плодородных почв [16].

          Являясь продуктом биосферы, почвенный покров выступает важнейшим звеном в ее биогеохимическом механизме. Педосфера с ее гумусовой оболочкой как биоэнергетическая и биогеохимическая система обладает способностью саморазвития, саморегуляции и управления [20], обеспечивая незаменимые условия существования растений, животных, микроорганизмов и воспроизводства биомассы живого вещества.

            Эти особенности земли - почвенного покрова и создают плодородие в биосфере. А благодаря плодородию почвенно-экологических систем, способности воспроизводить биомассу и приспосабливаться к изменениям физических факторов окружающей среды они стали основой жизнедеятельности человека, появившегося в биосфере, а затем и экономического развития человеческого общества (производство продовольствия, натурального сырья, энергии). Так почвенный покров превратился в главную экологическую нишу в биосфере. Ведь по крайней мере все наземные растения (первично продуцирующие биомассу), а также растительноядные и плотоядные животные суши, не говоря уже о бесчисленных и вездесущих микроорганизмах, в основном являются обитателями почв. Они живут на ней или в ней, оставаясь здесь посмертно. И человечество не составляет исключения - метаболиты (продукты обмена веществ) организма человека, останки его неразрывно связаны с землей [21].

            Именно в экологических системах почвы обеспечивают водное, минеральное и газовое питание растений, их рост и фотосинтетическую активность. Производимые же углеводы, жиры и белковые соединения, химически связанная энергия биомассы растительного происхождения становятся начальным звеном пищевых цепей «растения - животные - микроорганизмы». Благодаря этому приводятся в движение биогеохимические круговороты химических элементов - их потоки в экосистемах, в ландшафтах в целом, в масштабах континентов, планеты [16].

           Представляется, что почвенный покров в саморазвитии как бы стремится увеличить до известных пределов мощность своих горизонтов, запасы подстилки и гумуса, содержание биогенных химических элементов, а тем самым и уровень плодородия. В этом проявляется одно из фундаментальных свойств живого на Земле. Важнейшей функцией почвенного покрова (педосферы) является стабильное обеспечение благоприятных условий для существования и воспроизводства жизни на планете во всем разнообразии ее форм [9]. И в этом отношении почвенный покров сравним с защитным экраном жизни озоновым слоем стратосферы.

          Бурное развитие человечества на нашей планете привело к тому, что человек стал способен оказывать огромное влияние на геологические процессы. В связи с этим очень интересен вопрос о происхождении человека. Деятельность человека сопоставима с мощнейшими геологическими факторами. Это видно из следующего примера. В 1995 году ежегодно на территории США горнодобывающие работы, строительство дорог и других сооружений приводит к перемещению примерно 7,6 млрд. т грунта. В то же время реки, первенствующие среди природных процессов подобного рода переносят лишь 1 млрд. т. Объем породы, перемещаемой различными природными агентами (ветер, воды, ледники) уже далеко отстает от объемов, связанных с деятельностью человека [15].

          Данные В.А. Королева и В.Н. Соколова на 2000 г. показывают, что добыча минерального сырья в год превышает 100 млрд. Т, тогда как вынос обломочного материала реками в моря и океаны составляет всего 17,4 млрд.т. Рост антропогенного воздействия на биосферу, который удваивается примерно каждые 15 лет, ставит перед человечеством ряд задач, связанных с поддержанием экологического оптимизма и рационального использования природных ресурсов [13].

         Уже в начале ХХ века начались глобальные изменения окружающей среды, которые не были замечены из-за потрясших мир социальных катастроф – двух мировых войн, экономического кризиса. Во второй половине прошлого века уже начались катастрофы, вязанные с загрязнение окружающей среды. Из недр Земли не только извлекаются в огромных количествах полезные ископаемые, но и вносится в нее и выбрасывается в атмосферу большое количество вредных веществ. Это ведет к тому, что средняя температура на Земле медленно, но неуклонно возрастает, что приводит к быстрой деградации ледников и повышению уровня океана. Потепление на 2-6 ℃ вызовет перегрев Земли в 10 раз, а это уже катастрофа. Земля как саморегулирующаяся система стремится к поддержанию равновесного состояния. Чем сильнее будет это равновесие нарушаться, тем в более резкой форме оно будет восстанавливаться [11]. Поэтому мы являемся свидетелями все участившихся и возросших по силе катастрофических процессов, таких как наводнения, бури, пожары, оползни, землетрясения и т. п.

         С одной стороны, вовлекая сырье в процесс жизнедеятельности, человек тем самым расширяет свою экологическую нишу. Только благодаря использованию минералов он вышел в космос, проник в глубины океана, получил возможность перемещаться со скоростью, в тысячи превышающей положенную ему природой. С другой стороны, каждый житель Земли за прожитые годы использует около 1,5-2 тыс. т различных минеральных продуктов [17]. Если принять во внимание отходы горнорудного и рудоперерабатывающего производства, отвалы вскрышных и вмещающих пород, то этот объем придется утроить. А если добавить к нарушениям природы площади выпавших из оборота пахотных земель, объемы разного рода котлованов, каналов, карьеров, траншей и др., то очевидны масштаб и вредные последствия деятельности человека.

          Очевидно, что за миллиарды лет геологической истории  живые организмы неузнаваемо изменили твердую оболочку нашей планеты, большинство пород, и не только осадочных, а и таких как граниты, так или иначе связаны своим происхождением с биосферой. Живые организмы обусловливают процесс почвообразования и рельефообразования [14]. Таким образом биосфера оказывала активное влияние на формирование литосферы, однако данный процесс продолжается до сих пор.

 

 

Заключение

          Абсолютно все планетарные процессы на Земле очень тесно взаимодействуют, образуя в результате общий, глобальный круговорот веществ, распределяющий энергию, поступающую на планету от солнца. Данный круговорот осуществляется посредством системы малых круговоротов. В результате чего на Земле осуществляется большой геологический круговорот веществ и энергии.

         Любой биологический круговорот характеризуется многократным включением атомов химических элементов в тела живых организмов и выходом их в окружающую среду, откуда они вновь захватываются растениями и вовлекаются в круговорот. Биологический круговорот суши и гидросферы объединяют круговороты отдельных ландшафтов посредством водного стока и атмосферных перемещений. Особенно важна роль циркуляции воды и атмосферы в объединении всех материков и океанов в единый круговорот биосферы.

         Развитие атмосферы тесно связано с геологическими и геохимическими процессами, а также с деятельностью живых организмов. Благодаря деятельности живого вещества изменился состав атмосферы, в частности, в результате процесса фотосинтеза в ней появился в значительных количествах кислород. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. В верхних слоях тропосферы и в стратосфере под влиянием ультрафиолетового излучения из кислорода образуется озон. Существование озонового экрана – также результат деятельности живого вещества, которое по выражению В.И. Вернадского, «как бы само создает себе область жизни».

         Однако благодаря своему разнообразию гидросфера является чрезвычайно устойчивой к внешним и внутренним воздействиям. Значительное разнообразие создается одновременным существованием воды в трех фазах, резко различающихся своими составляющими, большим набором растворенных в ней веществ и газов, формированием разнообразных статических и динамических структур. Гидросфера Земли, как компонент биосферы, представляет собой глобальную термодинамические открытую систему, устойчивую и поддерживающую устойчивость биосферы в целом.

         Большой геологический круговорот вовлекает осадочные породы вглубь земной коры, надолго выключая содержащиеся в них элементы из системы биологического круговорота. В ходе геологической истории преобразованные осадочные породы, вновь оказавшись на поверхности Земли, постепенно разрушаются деятельностью живых организмов, воды и воздуха и снова включаются в биосферный круговорот.

        Континентальная часть земной коры в течение длительной геологической истории находилась в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распространенность осадочных пород и сосредоточенность в них полезных ископаемых в виде угля, нефти, горючих сланцев, кремнистых и карбоновых пород, связанных в прошлом с жизнедеятельностью организмов. В связи с этим континентальная земная кора имеет прямое отношение к биосфере Земли.

         Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов. Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов.

         Необходимо учитывать, что стабильность биосферы, как любой другой системы, имеет определенные пределы. В соответствии с этим одной из основных задач современной экологии является изучение регуляторных процессов в биосфере, создание научного фундамента ее рационального использования, поддержания ее стабильности.

 

 

Список использованной литературы

       1. Акимова,Т.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда: Учебник для студентов вузов / Т.А.Акимова, В.В.Хаскин; 2-е изд.,перераб. и доп.- М.:ЮНИТИ,2017.-556с.-ISBN 978-5-238-01204-9.-Текст: непосредственный.

       2. Архангельский,В.И. Гигиена и экология человека: Учебник / В.И.Архангельский, В.Ф.Кириллов. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2017. - 176 c. - ISBN 978-5-9704-2042-3.-Текст: непосредственный.

       3. Бродский,А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов / А.К.Бродский.- М.: Изд. Центр «Академия», 2016. - 256 с.- ISBN 978-5-406-01587-2.-Тескт: непосредственный.

       4. Брюхань,Ф.Ф. Промышленная экология: Учебник / Ф.Ф.Брюхань, М.В.Графкина, Е.Е.Сдобнякова. - М.: Форум, 2017. - 208 c.- ISBN 978-5-00091-698-8.-Текст: непосредственный.

       5. Воронков,Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов / Н.А.Воронков.- М.: Агар, 2016. – 424 с.- ISBN 5-93290-010-5.-Текст: непосредственный.

       6. Гальперин,М.В. Общая экология: Учебник / М.В.Гальперин. - М.: Форум, 2016. - 336 c.- ISBN: 978-5-91134-155-8.-Текст: непосредственный.

       7.География мира в 3 т. Том 2. Социально-экономическая география мира: учебник и практикум для вузов / Н.В.Каледин [и др.] ; под редакцией Н. В.Каледина, Н.М.Михеевой. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Издательство Юрайт, 2020. — 296 с. — (Высшее образование). — ISBN 978-5-534-12217-6. — URL: https://urait.ru/bcode/447567 (дата обращения: 18.01.2021). – Текст: электронный

       8.Геоурбанистика: учебник для академического бакалавриата / Б. М.Балоян, М. Л.Гитарский. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2017. — 135 с. — (Университеты России). — ISBN 978-5-534-04891-9. —URL: https://urait.ru/bcode/408068 (дата обращения: 18.01.2021).- Текст: электронный.

       9. ДунаевВ.А. Общая геология: учебник для вузов/ В.А.Дунаев - Белгород: Изд-во БелГУ, 2018. – 150 с.- ISBN 978-5-9571-0292-2.-Текст: непосредственный

       10. Зайцев,В.А. Промышленная экология: Учебное пособие / В.А.Зайцев. - М.: БИНОМ. ЛЗ, 2016. - 382 c.- ISBN: 978-5-9963-0812-5.-Текст: непосредственно.

       11.Краткий справочник по географии / Т.В.Назарова, И.И.Ипатова. – Санкт-Петербург: Питер Пресс, 2014. – 320 с.- ISBN 978 – 5 - 496 – 004211 – 3. – URL: https://books.google.ru/books?id=lDBJCAAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=ru#v=onepage&q&f=false (дата обращения 10.01.2021). – Текст: электронный.

       12. Левчук,Г.П. Справочник геодезиста / Г.П.Левчук. под ред. В.Д.Большаков, - М.: Недра; Издание 2-е, испр. и перераб., 2017. - 972 c.- ISBN 978-5-458-28694-7.- Текст: непосредственно.

       13. Маврищев,В.В. Общая экология. Курс лекций: Учебное пособие / В.В.Маврищев. - М.: НИЦ ИНФРА-М, Нов. знание, 2017. - 299 c.-ISBN 978-985-475-274-7.-Текст: непосредственно.

       14. Николайкин,Н.И., Экология / Н.И.,Николайкин, Н.Е.Николайкина. 2-е изд.Учебник для вузов. М.: Дрофа, 2018. - 624 с.- ISBN 978-5-7695-8412-1.-Текст: непосредственно.

       15. Островский,М.И. Геология и перспективы нефтегазоносности центральных областей Русской платформы / М.И.Островский, под ред. И.П.Зубов. - М.: ВНИГНИ, 2015. - 203 c.- ISBN: 978-5-7692-0936-9.-Текст: непосредственно.

       16. Стадницкий,Г.В. Экология: Уч. пособие для стут. химико-технол. и техн. сп. вузов./ Г.В.Стадницкий, под ред. В.А.Соловьева, Ю.А.Кротова.- 4-е изд., испр. - СПб.:Химия, 2017. - 238с.- ISBN 5-06-001374-X.-Текст: непосредственно.

       17. Старостин,В.И. Геология полезных ископаемых: Учебник: моногр. / В.И.Старостин. - М.: Фонд Мир, 2017. - 512 c.- ISBN: 5-8291-0454-7.-Текст: непосредственно.

       18. Фарндон,Д: Драгоценные и поделочные камни, полезные ископаемые и минералы. Энциклопедия коллекционера / Д.Фарндон, под ред. А.С.Тарантова; [пер. с английского О.Строгановой] - М.: Эксмо, 2018. -256 с.- ISBN 978-5-699-27515-1.-Текст: непосредственно.

       19.Физикон: образовательный электронный каталог: сайт. – Москва, 2002 – URL: https://physicon.ru/demo/demo_content/content/900102/900102.htm (дата обращения 07.01.2021). – Текст: электронный.

       20. Чернова,Н.М. Общая экология: Учебник для студентов педагогических вузов / Н.М.Чернова, А.М.Былова. - М.: Дрофа, 2018.- 416 с.- ISBN 5-7107-7427-8.- Текст: непосредственно.

       21. Экология: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / под ред. профессора В. В.Денисова. - Изд. 4-е, испр. и доп. - Москва; Ростов-на-Дону: МарТ, 2016. - 768 с.- ISBN 978-5-241-00897-8.-Текст: непосредственно.

       22. FB.ru: научная электронная библиотека:сайт.- Москва, 2011 – URL:  https://fb.ru/article/79071/chto-takoe-gidrosfera (дата обращения 18.01.2021).- Текст: электронный.

       23. Kzref.org: научная электронная библиотека: сайт. – Нур-Султан, 2012 – URL: https://kzref.org/lekciya-biosfera-kak-globalenaya-ekosistema-biosfera-strukturn.html (дата обращения 06.01.2021).  – Текст: электронный.

       24. school.bakai.ru: виртуальная школа: сайт. – Москва, 2013 – URL: http://school.bakai.ru/ecology/biosfera_eco/ehvoljuciya_biosfery (дата обращения 06.01.2021). – Текст: электронный.

        25. Slide-share.ru: научная электронная библиотека: сайт. – Москва, 2011 - URL: https://s1.slide-share.ru/s_slide/7f318e484f2405cfd1bc11c6db47d430/81eb81d6-3cd2-4bb9-b835-ee1fa65203c0.jpeg (дата обращения 22.01.2021).- Текст: электронный.

        26. 900igr.net: научная электронная библиотека: сайт.- Москва, 2012 –URL: http://900igr.net/prezentacija/astronomija/legkie-planety-231832/sovremennaja-atmosfera-4.html (дата обращения 15.01.2021).- Текст: электронный.

 

Скачано с www.znanio.ru