Учебно-методический комплекс дисциплины. СД. Ф.7 Геоэкология и природопользование. Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) (стр. 14 )

Вернадский сформулировал биогеохимические

функции живого вещества (Биогеохимия. с.9):

       

       - Биохимическая функция (энергетическая) связана с ростом и размножением  организмов (в отличие от минералов) является носителем (аккумулятором) свободной энергии, которую берет от солнца и частично захороняется (нефть, уголь, торф, карбонаты, кремнезем и др.).

       - Концентрационная - превращение минеральных компонентов - кальция, кремния, углерода, фосфора, микроэлементов в живое вещество. Продуктивные зоны океана. Водоросли.

       - Газовая - в связи с жизнью (кислород, углекислый газ, сероводород, азот, метан, фитонциды). Парниковый эффект.

       - Деструктивная - разложение, минерализация мертвого ОВ, химическое разложение горных пород и вовлечение их в биотический круговорот.

       - Средообразующая - трансформация физико-химических параметров среды (литосферы, гидро - и атмосферы) в условия,  благоприятные для существования организмов.  Содержание О2 и СО2 в атмосф. Парниковый эффект. Чистота морских вод - фильтрация зоопланктоном всего океана осуществляется за 4 года.

       - Окислительно-восстановительная - для элементов с переменной валентностью, определяя их историю.

       - Биогеохимическая функция человека - связана не с биологической функцией, а с производственной,  с ростом техногенного и антропогенного пресса – охрана  окружающей среды.

Основные показатели живого вещества        Роль живого в-ва и его биогеохимические функции определяются четырьма  важными показателями: качественным составом, весом живого вещества,  энергией и (сейчас) информацией (Биогеохимия, с.7, 11).

       

1 - Качественный состав ОВ. Живое вещество представляяет собой особую форму состояния материи. Суммарный химический состав живых организмов во многом отличается от состава атмосферы и литосферы. Он ближе к химическому составу гидросферы по абсолютному преобладанию  атомов водорода и кислорода. Однако в отличие от гидросферы, в организмах относительно велика доля углерода, кальция и азота. По составу живые организмы – это углеродно-кислородные существа (на 88% по весу). Поэтому после их гибели главная часть вещества превращается в газы. Среднее содержание золы в живом веществе 5%.

Также как определяется средний состав осадочных пород Земли (кларк), может быть установлен и средний состав живого вещества. Закон Кларка-Вернадского: “Все элементы есть везде” свидетельствует об общем рассеянии химических элементов, в т. ч. и в живом веществе.  Т. е  в живом веществе встречаются все элементы периодической  системы. Живое вещество сходно по составу с океанской водой: в нем имеется 13 главных  элементов.  9-11 главных консервативныых элементов морской воды (99.9% солей морской воды) содержится в ней в близких пропорциях - правило Марсетта (1819 - 11 главных элементов воды) и ничтожное количество остальных 80 элементов периодической системы.

Однако, для  живого вещества типична резкая неравномерность в распределении  элементов. Три из основных элементов (О, С, Н) составляют 98,5% от общего веса живого вещества (кислород - 65-70%, углерод и водород 10%), на долю 9 наиболее  распространенных (О, С, Н, N, Ca, P, S, K, Mg)  приходится 99.76%.

Количественные характеристики живого вещества: 2 и 3.

2 - Вес живого вещества. Вес живого вещества  определяется биомассой (вес живого в-ва в определенный момент в пределах ландшафта)  и продуктивностью (количество в-ва, созданное за определенный период). Общая масса живого в-ва - пленка жизни - ничтожно мала. Если распределить все живое в-во на поверхности Земли, его толщина составит всего 2 см. Однако при такой незначительной массе организмы  осуществляют свою планетарную (биогеохимическую) роль за счет быстрого размножения, т. е. весьма интенсивного круговорота в-в, связанного с этим размножением. Если рассчитать всю биомассу со времени существования жизни, то она превысит в 12 раз массу земной коры.

       Фитомасса в целом преобладает над зоомассой (всего 2 – 10% от общей биомассы).

       По современным представлениям (Братков, Овдиенко, 2001), в запасах биомассы суши преобладает фитомасса (1.06-10 трлн. т), а в запасах биомассы океана - зоомасса. Фитомасса океана на порядок ниже фитомассы суши. В целом по количеству живого в-ва на 1 га океан близок к пустыням, но в нем наблюдаются пленки сгущения жизни (коралловые рифы, Саргассово море и т. д.).

       Недооценка роли живого вещества в земной коре была связана с ничтожностью его массы по сравнению с массой земной коры. Но такой вывод ошибочен по 2 причинам: 1). живое в-во в отличие от горной породы – это очень активная в химическом отношении масса. 2). Эта действующая масса постоянно возобновляется.

3 – Энергия. Образование живого в-ва из неорганической материи обусловлено  процессами фотосинтеза и хемосинтеза, играющими важную роль в круговороте элементов. Живые организмы трансформируют солнечную энергию и преобразуют в-ва, слагающие наружные оболочки Земли. Переводят космическое излучение в действенную химическую работу. Живое в-во выполняет космическую функцию, связывая Землю с космосом. На земной поверхности нет более постоянной действующей химической силы и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы. Поскольку речь идет о преобразовании живыми организмами земных в-в (минеральных питательных в-в),  Вернадский назвал эти процессы  биогеохимическими.

       4 – Информация – обмен информацией в широком и основном значении – передача от одного живого объекта к другому различных сведений или иных воздействий, которые влияют на их жизнедеятельность. В узком смысле (для кибернетики) – это антиэнтропия (негэнтропия) или мера упорядоченности материи. Наряду с этим каждый живой организм воспринимает и накапливает непрерывный поток информации второго рода, который идет к нему из окружающей среды: звуки, запахи, зрительные образы, изменения температуры, освещенности и др. Химическая информация при образовании живого в-ва претерпевает качественные изменения, возникает более сложный ее вид – биологическая информация. Носителями информации являются нуклеиновые к-ты.

Вопрос о среднем составе живого ОВ решил Вернадский, исходя из представлений о биомассах. Установил, что биомасса растительного в-ва намного больше Б. животных. Главная часть фитобиомассы приход на тропические леса. Следовательно, нужно установить средний химический  состав тропических лесов. Кларки (средний  элементарный состав живого в-ва) живого в-ва Земли определены (1954).  Зоомассой  (по сравн. с фитомассой) пренебрегли.

       Есть элементы (органогенные), входящие в состав скелетов и панцирей организмов - кальций, кремний и др. (диатомовые, фораминиферы, моллюски, кораллы). Большинство из элементов входит в состав клеток (протоплазмы), образуя белки, липиды, углеводы. Некоторые микроэлементы играют важную физиологическую роль.        

Вопросы для самоконтроля.

Основные особенности живого вещества. Биокосные системы или тела. Границы биосферы, факторы их ограничивающие. Уровни организации живой материи. Основные свойства живого вещества. Роль биоты в функционировании биосферы. Биогеохимические функции живого вещества. Основные качественные и количественные показатели живого вещества.

Лекция 7. Тема: Проблемы устойчивости  природной среды.

Критерии и показатели устойчивого развития природы и общества.

План лекции:

Что такое устойчивое развитие природы и общества? Критерии и показатели устойчивого развития. Географический подход к проблеме устойчивого развития. Устойчивость биосферы и ее причины (собственно земные силы и факторы стабильности, порождаемые живым веществом).

Экологический кризис современной цивилизации – нарушение гомеостазиса системы как следствие деятельности человека. Определение гомеостазиса. Характеристика основного свойства открытой системы.

Механизмы стабилизации  живых систем, гомеостаз популяции, основа устойчивости биоценозов. Концепция обеспечения устойчивости биосферы (биологической стабилизации, биологического управления экосферой). Принцип Ле-Шателье-Брауна, правило одного процента. Биологическая стабилизация окружающей среды. Экономический рост и состояние окружающей среды.

Основные понятия и положения:

Проблемы устойчивости развития 

Проблемы устойчивости природной среды

       Современный глобальный экологический кризис обусловлен быстрым социально-экономическим развитием         общества и ограниченными возможностями окружающей среды (экологич емкость биосферы). Для человечества жизненно важен вопрос – как и с помощью каких механизмов и с какими последствиями необратимо разрушается природная среда и как сохраняется устойчивое состояние  локальных экосистем (геосистем) и биосферы в целом.

Понятие «устойчивое состояние», (поддерживаемое, сбалансированное) введено в практику Международным союзом по охране природы (IUCN). В обиход термин введен документами Всемирной конференции по окружающей среде и развитию в 1992 г в Рио-де-Жанейро (Бразилия). Устойчивое развитие определяется как “развитие, удовлетворяющее потребности сегодняшнего дня (нынешнего поколения) и не наносящее вред возможному удовлетворению потребностей будущих (следующих) поколений”.

Котляков, с.356.

В литературе даются определения следующим категориям устойчивого развития: устойчивое социальное развитие, экономически устойчивое развитие, экологически устойчивое развитие. Принципы устойчивости интегрируют три тесно связанных элемента – окружающую среду, экономику и социум – в систему, которая может поддерживаться в «здоровом» состоянии неопределенно долго. К постоянно поддерживаемому (устойчивому) развитию относятся любые формы и темпы экономического, социального, демографического развития, ограничиваемые хозяйственной емкостью и пределом их допустимого возмущения, устанавливаемого на основе теории биотической регуляции окружающей среды. Это обеспечивает возможность существования биосферы и общества в состоянии равновесия, основанного на двух гуманитарных принципах – наследовании благ и равенстве возможностей.