Вплив людської діяльності на колообіг речовин.

Біосфера – глобальна екосистема.

Мета заняття: пояснення студентам, що таке біосфера та роль впливу людини на довкілля.

План проведення заняття:

1. Перевірка вивчення конспекту

2. Пояснення нового матеріалу

3. Відповіді на запитання студентів

4. Опитування студентів по вивченому матеріалу

Після лекції студент повинен знати: Біосфера. Основні положення В.І. Вернадського. Коло обіг речовин і енергії. Вчення про ноосферу. Етапи взаємодії суспільства і природи. Антропогенний вплив на природне середовище, масштаби та наслідки. Явище кумулятивного ефекту полютантів.

Біосфера (грец. біос – життя, сфера - оболонка) – сфера існування живих організмів, сфера життя.

В. Вернадський вирізняв:

1. жива речовина – сукупність усіх організмів;
2. біогенна речовина – продукт життєдіяльності організмів впродовж геологічної історії (торф, крейда, нафта, кам’яне вугілля);
3. нежива речовина (косна) – в утворенні якої організми не брали участі;
4. біокосна речовина – продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії (ґрунт, мул);
5. радіоактивна речовина – радіонукліди ⁴⁰К, ²³⁵И, ²³²Th, які зумовлюють існування радіогенної теплоти та продукти їх розпаду;
6. космічна речовина – космічний пил та метеорити.

До складу біосфери входять частини геосфер, в яких є життя:

- атмосфера до озонової оболонки (до 25-30 км);

- вся гідросфера;

- верхня частина літосфери до глибини приблизно 5 км (межі булих біосфер – палеобіосфер – до десятків кілометрів).

Жива речовина.

Життя на Землі реалізується у формі живої речовини, яку ще називають біотою.

Під терміном “Жива речовина” розуміють сукупність усіх живих організмів, виражену через масу, енергію, хімічний склад. Це – основа біосфери.

Властивості живої речовини:

1. Здатність швидко займати увесь вільний простір (всюдність життя) - пов’язана з інтенсивним розмноженням та властивістю організмів збільшувати поверхню свого тіла чи утворюваних ним спільнот (наприклад, площа листя рослин на 1 га складає 8-10 га).

2. Висока здатність пристосовуватись (адаптації).

3. Високоорганізована внутрішня структура та єдиний принцип структурної організації усього живого.

4. Обмін речовин - здатність вловлювати із зовнішнього середовища й трансформувати (перетворювати) речовини та енергію, забезпечуючи процеси своєї життєдіяльності.

5. Авторегуляція – здатність підтримувати гомеостаз (сталість власного внутрішнього середовища), незважаючи на коливання умов навколишнього середовища (якщо ці коливання сумісні з життям).

6. Спадковість – здатність передавати свої ознаки і властивості наступному поколінню.

7. Мінливість – здатність до мутацій – індукованих змін в генетичному апараті, що призводить до появи нових форм життя, до біологічної різноманітності, яка забезпечує більшу ймовірність збереження життя за рахунок найкраще пристосованих до змін довкілля форм.

8. Дискретність – будь-яка біологічна система складається з окремих, але взаємопов’язаних і взаємодіючих частин, що створює структурно функціональну єдність.

9. Здатність до руху, як пасивного так і активного.

10. Феноменальна висока швидкість протікання реакцій.

11. Стійкість при житті та швидкий розклад після смерті.

12. Висока швидкість оновлення (для біосфери в середньому 8 років).

13. Ритмічність – узгодження функцій організмів із періодичними змінами в навколишньому середовищі.

Функції живої речовини.

1. самозбереження за рахунок упереджувального реагування (основна функція живої речовини);
2. біохімічна – пов’язана з процесами обміну живих істот;
3. окисно-відновлювальна – в кисневмісному середовищі ідуть процеси окислення, при дефіциті кисню – процеси відновлення, що супроводжуються накопиченням гідрогенсульфуру (сірководню), метану;
4. газова – здатність підтримувати та змінювати газовий склад атмосфери;
5. концентраційна – здатність організмів концентрувати розсіяні хімічні елементи;
6. енергетична – пов’язана із запасанням енергії живою речовиною в процесі фотосинтезу та передаванням її по ланцюгах живлення;
7. середовищеутворююча – утворення та очищення ґрунтів, очищення повітря та води, мікроклімат лісів тощо;
8. інформаційна – накопичення певної інформації, закріплення її в спадкових структурах та передача наступним поколінням.

Основна маса живої речовини зосереджена на межі літосфери і атмосфери та у верхній частині гідросфери. Є “згущення життя”, що спостерігається з наближенням до екватору, і “розрідження життя”, що спостерігається при віддаленні від екватора та приближенні до полюсів.

З наближенням до екватора від полюсів спостерігається:

- „згущення життя”;

- збільшення кількості видів;

- збільшення біомаси;

- збільшення висоти дерев;

- зростання потужності ґрунту.

Океан – бідніший на життя.

Біомаса Світового океану в 1000 разів менша від біомаси суші. Найбільша щільність життя спостерігається в екваторіальній зоні океану та в коралових рифах.

Рівні організації живої матерії:

1. молекулярно-генетичний – редублікація генів, формування ідентичних молекул на основі матеріалів, що забезпечують спадковість і мінливість;

2. клітинний (клітина – елементарна одиниця структури, функціонування і розвитку всього живого);

3. організменний – цілісність функцій, ріст, онтогенетичний розвиток;

4. популяційно-видовий – еволюція, тривале існування, таксономічні характеристики;

5. біогеоценотичний – трофічні, хімічні, енергетичні зв’язки, колообіг хімічних елементів, перетворення енергії;

6. біосферний – форма життя, яка поза біосферою не існує.

Еволюція біосфери.

Еволюція біосфери тісно пов’язана з еволюцією Землі й умовно поділяється на кілька фаз:

- перша – формування ранньої земної кори, атмосфери і гідросфери, виникнення геологічного колообігу речовин (циркуляція атмосферних мас, води і розчинених в ній мінералів, переміщення продуктів гірських порід на поверхню планети і знову в її надра;)

- друга – хімічна еволюція – розвиток процесу синтезу і накопичення простих органічних сполук, необхідних для існування життя (амінокислот, простих пептидів тощо);

- третя – розвиток давньої біосфери, еволюція прокаріот, виникнення біологічного колообігу речовин, формування кисневої атмосфери;

- четверта – виникнення еукаріотів, заселення суші, розвиток сучасного біорізноманіття світу.

Еволюційні гіпотези базуються на уявленні про розвиток живих організмів від простих форм до найскладніших.

Згідно другого принципу термодинаміки (при трансформаціях енергії вона з більш концентрованої переходить в менш концентровану, розсіюється) еволюція живих систем від простих до складних самостійно (довільно) відбуватися не може. Отже, еволюція живих організмів на Землі і еволюція біосфери може відбуватись тільки під керівництвом більш складної системи (космосу) і має бути програма такої еволюції. Це – генетичний код, однаковий для усіх живих істот Землі.

Кожна жива істота народжується, розвивається, виконує притаманну їй програму життя, як складова частина велетенського надорганізму біосфери, яка є породженням Галактики, яка є частиною надорганізму Космосу:

космос→галактика→біосфера→організм

Колообіг речовин.

За рахунок процесів міграції хімічних елементів усі геосфери Землі взаємопов’язані єдиним циклом колообігу цих елементів.

Колообіг, рушійною силою якого є тектонічні процеси та сонячна енергія, називається велетим (геологічним) коло обігом.

З виникненням життя утворився ланцюг живлення продуценти→консументи→редуценти, який через неживу речовину (мінеральні сполуки) замкнувся в коло. З потоку речовин у цьому колі утворився біологічний колообіг речовин (цикл синтезу і розпаду органічних речовин).

Сонячна → Продуценти → Консументи → Редуценти

енергія (синтез органічних (розклад органічних

сполук) сполук)

Геологічний і біологічний колообіги разом складають біогеохімічний колообіг, в якому поєднуються величезна потужність геологічного і надзвичайна швидкість і активність біологічного.

Всього біля 80 хімічних елементів використовуються біотою для побудови живих організмів. З продуктами життєдіяльності або після смерті ці елементи знову потрапляють у довкілля і знову використовуються іншими організмами, завдяки чому впродовж існування біосфери вони не вичерпуються. В залежності від їх кількості, необхідної організмам, хімічні елементи поділяють на:

- органогенні – оксиген, гідроген, карбон, нітроген – разом складають 98% хімічного вмісту клітини;

- макроелементи – фосфор, калій, сульфур, хлор, кальцій, магній, натрій, феррум – сумарна частка в клітині становить до 1,9%;

- мікроелементи – йод, кобальт, манган, купрум, цинк та інші (понад 50) – вміст кожного становить 10^-3 % – 10^-12 %;

- ультрамікроелементи – плюмбум, бром, аргентум, аурум та інші – вміст кожного становить 10^-6 % і менше.

Колообіг нітрогену. Нітроген у вигляді газоподібних сполук (N₂, NH₃, N₂O, NO, NO₂) знаходиться у повітрі, в живих організмах – у вигляді білків, нуклеїнових кислот, ферментів; у ґрунті – у вигляді солей амонію, нітратів і нитритів. Тут завдяки численним мікроорганізмам, азотфіксаторам, нітрифікаторам, денітрифікаторам відбуваються різноманітні біохімічні процеси. Нітроген вступає в колообіг через кореневу систему у вигляді нітратів чи солей амонію або за допомогою симбіотичного зв’язку через бактерії, гриби, синьо-зелені водорості, здатні фіксувати атмосферний азот.

Існує і промислова фіксація азоту: одержання аміаку і подальше його використання для добування нітратної кислоти та її солей.

Органічні сполуки, що містять нітроген, при розщепленні в організмі виділяються у вигляді аміаку чи солей амонію в природне середовище.

Колообіг карбону. В атмосфері міститься вуглекислий газ (0,03 % за об’ємом), оксид карбону (ІІ), в малій концентрації вуглеводні та інші органічні сполуки. Карбон – основний хімічний елемент живої речовини. При окисненні в процесі метаболізму органічних сполук утворюється СО₂. Оксид карбону (IV) рослини поглинають листям і кореневою системою для синтезу органічних сполук з використанням енергії сонячного світла (фотосинтез).

Сполуки карбону у вигляді горючих корисних копалин і карбонатів, а також алмазу і графіту, знаходяться в літосфері. У воді – карбонати і гідрокарбонати кальцію та магнію, розчинений СО₂, на дні – карбонатні мули, утворені внаслідок накопичення мертвих решток організмів, що будують своє тіло з карбонату кальцію. У ґрунті – це органічні речовини – рештки організмів, продукти їх метаболізму та СО₂.

Людська діяльність дуже впливає на колообіг карбону. Оксиди карбону надходять до атмосфери при спалюванні горючих корисних копалин, вуглеводні – під час нафтовидобутку та нафтопереробки; численні органічні сполуки утворюються в процесах органічного синтезу.

Колообіг фосфору. Особливістю колообігу фосфору є те, що він має лише одну газоподібну сполуку – фосфін РН₃, який утворюється під час гниття органічних решток. Більшість фосфатів нерозчинні в воді. Мінералами є апатит та фосфорит. У ґрунті фосфор входить до складу мертвих організмів та їхніх екскрементів. Поширеним фосфоровмісним добривом є гуано – послід морських птахів. Сполуки фосфору накопичуються на дні водойм і в прибережній зоні морів та океанів у вигляді решток організмів та фосфатів. На суходіл потрапляють з рибою та під час видобування корисних копалин. Кислотні дощі прискорюють міграцію фосфору завдяки розчиненню фосфатів.

Для підвищення родючості ґрунтів на поля вносять добрива, зокрема і фосфатні. Змивання їх у водойми спричинює евтрофікацію водойм – підвищення біологічної продуктивності екосистеми внаслідок нагромадження біогенних елементів, головним чином нітрогену і фосфору.

Колообіг сульфуру. Сульфур у складі органічних сполук міститься в живих організмах, горючих корисних копалинах. В ґрунті діють численні мікроорганізми, що перетворюють сульфіди на сульфати, сірку і навпаки. Під час гниття органічних решток виділяється токсичний гідрогенсульфур, що отруює водяні організми; з іншого боку Н₂S осаджує катіони важких металів у вигляді малорозчинних сульфідів, сприяючи самоочищенню водойм.

Великі кількості оксидів сульфуру утворюються при спаленні сміття, виробництві та використанні сульфатної кислоти, добуванні металів і сульфідів. Значні кількості сульфат-іонів містяться в природних водах, а гідрогенсульфурові зони існують в морях і океанах – це мертві зони, хоча гідрогенсульфур є джерелом для хемосинтезуючих організмів. В літосфері існує самородна сірка, малорозчинні у воді сульфіди багатьох металів та розчинні сульфати.

Вплив людської діяльності на колообіг речовин.

Великий і малий колообіги речовин – життєво важливі процеси, котрі мільйони років не порушувалися, доки діяльність людини не набула сили планетарного характеру. У другій половині ХХ століття антропогенна діяльність призвела до значних порушень колообігу речовин у біосфері, розвитку глобальної екологічної кризи.

Діяльність людини:

- прискорила процеси вивітрювання гірських порід;

- зумовила накопичення в атмосфері великої кількості забруднюючих газів, що призвело до розвитку негативних кліматичних змін (парниковий ефект), появи озонових дір та кислотних дощів, деградації ґрунтів через надмірне накопичення в них токсичних хімічних сполук;

- забруднила природні води, внаслідок чого деградують і гинуть екосистеми, частішають спалахи “цвітіння” води внаслідок масового розмноження мікроскопічних водоростей, що пригнічує розвиток консументів і призводить до порушень функціонування екосистеми;

- продукує величезні кількості речовин – ксенобіотиків, які “чужі” природі (пластмаси, пестициди, миючі агенти), і не можуть брати участь у біологічному кругообігу. Мігруючи по ланцюгах живлення, вони накопичуються, підвищуючи свою концентрацію при переході з нижнього трофічного рівня на вищий і призводять до суттєвих порушень в організмах.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: