Учение В.И. Вернадского о биосфере

Учение В.И. Вернадского о биосфере.

План:

Понятие и термины.

Составные части и компоненты биосферы.

Функциональное назначение атмосферы, гидросферы и литосферы.

Основные объекты экологии

Экологические факторы.



Экология- наука о взаимодействие человека с окружающей средой.



Направления экологии:

 Экология человека 

 Экология растений

 Экология животных

 Экология микроорганизмов

 Социальная экология

 Теоретическая экология

 Прикладная экология

Поллютанты - загрязняющие вещества.

Аэрополлютанты – газообразные загрязняющие вещества.

Гидрополлютанты – жидкие загрязняющие вещества.

Террополлютанты - твердые загрязняющие вещества.

Антропогенное воздействие – воздействие производственно-хозяйственной деятельности общества.

Биосфера – это наружная оболочка земли занятая живым существом, которое действует, как геологическая сила формирующая лик земли.

Составные части биосферы:

Атмосфера (граница атмосферы примерно 25-30 км.)

Гидросфера (граница 8-10 км)

Литосфера (граница до 3 км)

Компоненты биосферы:

Живое вещество – это растительный, животный мир и мир микроорганизмов.

Биогенное вещество – это органические продукты созданные живыми организмами на протяжении геологической истории (нефть, газ уголь и т.д.)

Костное вещество- это породы не оргонического происхождения, вода, воздух.

Биокостное вещество – это породы осадочного происхождения , почва, ил.

Отличительная особенность биосферы это её целостность и населенность жизнью.

Ноосфера – это высшая стадия развития биосферы (сфера разума и труда) характеризующаяся высоким уровнем развития производительных сил, сохранением естественных закономерностей и научной организацией  воздействия общества на природу.

                                                    Атмосфера

Атмосфера – обобщенный показатель выражающий такое её состояние при котором обеспечивается постоянный обмен в-ва и энергии между живыми и не живыми компонентами природы. Атмосфера представляет собой естественную внешнюю газообразную оболочку Земли. Она обеспечивает процессы дыхания, регулирует интенсивность солнечной радиации.

Гидросфера

Все природные воды представляют собой единую экологическую систему. Она находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и верхней части  литосферы. Естественные водоемы являются источниками промышленного и бытового водообеспечения, используются в качестве путей сообщения, служат источником энергии и местами массового отдыха.

В результате хозяйственной деятельности гидросфера подвергается загрязнению, засорению, и истощению.

Литосфера.

Часть которая находится над поверхностью Мирового океана ,называется землёй. Одним, из важнейших свойств земли является её плодородие. С плодородием связанно понятие земли как почвы, которая обладает способностью давать жизнь растениям.

Существуют следующие уровни организации живой материи:

Клеточный уровень – структурная организация способная к обмену вещества и энергии, адаптации, самовоспроизведению, поддержке постоянства внутренней среды.

Организменный уровень (особь, индивид) – это генетически однородные группы живых существ.

Популяционный уровень – это совокупность особей одного вида населяющих определенное пространство и имеющих общий генетический фонд.

Экологический уровень – это совокупность организмов разных видов и среды их обитания объединенных обменом вещества и энергии.

В экологической системе выделяют:

Абиотический компонент (биотоп);

Биотический компонент (биоценоз).

Биогеноциноз – это основное, структурное  звено биосферы представляющая собой совокупность однородных, природных условий однотипного растительного,  животного мира и мира микроорганизмов, функционально взаимосвязанных друг с другом на некотором протяжении земляной поверхности.

	Биосферный уровень -  это высший уровень организации живой материи.

	 Жизнь любого организма зависит от окружающих его веществ  и процессов. Эти условия подразделяются на:

	Абиотические;

	Биотические экологические факторы.

	

	Абиотические факторы подразделяются на:

	Климатические – поступающая от солнца энергия, газовый состав атмосферы, температура, давление, влажность, ветер количество асадков.

	Почвенно-грунтовой фактор – это почвы различной плодородности и вода различной степени прозрачности, кислотности и наличия растворенных газов.

	К биотическим относятся совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие. Наиболее распространенными межвидовыми отношениями являются:

	Хищничество; 

	Паразитизм;

	Комменсализм – сотрудничество.

	Толерантность – это степень устойчивости и выносливости организмов к изменяющимся экологическим факторам.




	Тема: Круговорот веществ.

	План:

	Биогеохимические циклы миграции веществ.

	Большой	 геологический круговорот.

	Малый геологический круговорот.

	Законы экологии.

	1 Основу взаимосвязи явления и процессов в природе составляет непрерывная миграция химических элементов атмосферы, гидросферы, литосферы и живой природы. Главную роль в миграции играют живые организмы.

	Продуценты (растительный мир) ПБП. 

	Усваивают и накапливают солнечную энергию и синтезируют первичную биологическую продукцию (углеводы, белки и жиры растительного происхождения) из углекислого газа, воды и минеральных веществ.

	Консументы (животный мир) ВБП

	Трансформируют растительную массу во вторичную биологическую продукцию (углеводы, жиры, белки животного происхождения).

	Редуценты (микроорганизмы)

	Осуществляют минерализацию органических веществ с выделением углекислого газа, воды и минеральных веществ.

	Таким образом при участие живого вещества осуществляется круговорот химических элементов из неорганической природы через растительные и животные организмы обратно в органическую среду. Этот процесс называется биогеохимическим циклом миграции веществ.

	

атмосфера

	

консументы

редуценты

литосфера

гидросфера

продуценты







		



	2 Круговорот веществ между океаном и сушей. 

	Вода с содержащимися в ней веществами испаряется и воздушными течениями тысячи километров. Выпадая в виде осадков она способствует разрушению горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и вместе с растворенными в ней химическими веществами уходит в водоемы.

	За одну минуту с поверхности земли испаряется 1 млн.т. воды на образование 1 грамма водяного пара  затрачивается 537 ккал. тепла.

	Геологический круговорот выполняет следующие функции:

	Поддержание жизни живых организмов;

		Обеспечивает взаимодействие растений и животных с неживой материей;

		Разрушает литосферу и переносит её по частям на дно морей и океанов.

	3 Круговорот соединений углерода.

	В круговороте СО2 атмосферный фонд не велик в сравнение с запасами углерода в океанах и ископаемом топливе. До индустриальной эры, потоки углерода между атмосферой материком и океаном были сбалансированы. 

	Но за последние 100 лет содержание СО2 возросло с 0,29% до 0,335%  в результате антропогенных поступлений.

	Основными источниками этих поступлений являются:

	Сжигание горючих ископаемых;

	Вырубки лесов;

	Развития сельского хозяйства.

	Это может привести к повышению температуры воздуха, таяние ледников, подъем уровня моря.

	Круговорот соединений азота –это замкнутый цикл который не оказывает прямого влияния на химический состав атмосферы.

	Процесс вовлечения атмосферного азота  в биологический круговорот (фиксация азота и образования аммиака и нитрита)  осуществляется в результате деятельности азотфиксирующий микроорганизмов.

	Азот в форме аммиака и нитрита поглощается растениями и используется для синтеза белков.

	Обратно в атмосферу азот попадает в результате деятельности денитрифицирующих микроорганизмов.

	Естественный круговорот азота характеризуется столь малой скоростью, что сильно подвержен антропогенным воздействиям.

	В настоящие время равновесие по азоту в биосфере нарушена, в результате накопления нитратов в природной среде.

	4 Законы экологии

	 Первый закон:   все связанно со всем. Существует колоссальная сеть связей в биосфере между живыми организмами и физико-химическим (природным) окружением

	Второй закон:    все должно куда-то деваться. Ничто не исчезает бесследно, или иное вещество просто перемещается с места на место, переходит из одной молекулярной формы в другую, влияя при этом на жизненные процессы живых организмов.

	Действие второго закона одна из главных причин кризиса окружающей среды.

	Третий закон:     ничто не дается даром. Биосфера представляет собой единое целое.  Все, что извлечено из природы, должно быть возмещено.

	Четвертый закон:  природа «знает» лучше. Этот закон базируется на результатах возникновения и развития жизни на Земле. Закон предупреждает нас о необходимости разумного преобразования природных систем (строительство платин, переброски стока рек, мелиорация и многое другое).

	




	Тема: Население и ресурсы Земли

	План:

	Народонаселение земли.

	Продовольственная проблема и зеленые революции.

	Природные ресурсы.

	1 На протяжении первых десятков и сотен тысяч лет человечество росло очень медленно, со скоростью приблизительно 0.002% в год. 

	С появлением земледелия человек начал существенно влиять на структуру экосистем и создавать искусственные антропогенные системы. В эту эпоху рост населения Земли значительно ускорился, и ко времени распада Древнего мира достигало 500 миллионов человек. 

	Войны, экологические катастрофы, голод, чума в  XIV веке привели к резкому сокращению населения. После этого и вплоть до нашего времени скорость роста населения непрерывно возрастало и только в конце XX века несколько снизилось с 2% в 1970 году до 1,7% в 1990-2000 году.

	Рост населения определяется двумя основными факторами: 

	Рождаемость;

	Смертность.

	До середины XIX века рост численности населения земли серьёзно сдерживался двумя факторами:

	Инфекционными заболеваниями, с которыми не умели бороться;

	Периодическими неурожаями, приводившим к голоду.

	В современном мире социальные факторы и национальные традиции в наибольшей мере влияют на рост населения.

	К этим факторам  относится:

	Уровень обеспеченности: рождаемость и смертность ниже в экономически развитых странах, где мала детская смертность, лучше мед. Обслуживание и отсутствует проблема голода;

	Урбанизация и роль детей, как трудовой силы  в семье: рождаемость особенно в сельских местностях бедных стран, где широко применяется детский труд, и нет обязательного школьного образования;

	Право женщин на образование и работу и средний возраст их вступления в брак;

	Уровень пенсионного обеспечения: при достаточном его развитии родители не нуждаются в материальной помощи детей;

	Культурные и  религиозные традиции: (католическая церковь выступает против применения противозачаточных средств и запрещает аборты).

	Чем выше валовой национальный продукт  на душу населения, тем ниже рождаемость.

	В настоящее время в бедных странах Африки и Азии средняя продолжительность жизни менее50лет, тогда, как во Франции, Испании, Исландии и Японии она составляет 80 и более лет.

	Ещё разительнее отличие в уровне детской смертности: от 3 в Финляндии до 200 в беднейших странах Африки.

	Наиболее точными показателями для расчетов изменений численности населения являются коэффициенты простого воспроизводства фертильности.

	Первый из них указывает, сколько живых детей в среднем должно родиться у каждой женщины, чтобы численность населения была постоянной. Второй показывает реальное среднее число живых детей у женщин детородного возраста.  

	2 существует два пути развития сельскохозяйственного производства 

	экстенсивный заключается в увлечение   площадей занятых под сельхоз культуры

	интенсивный – заключается в применение минеральных удобрений, орошение, химические средства защиты растений 

	Первая Зеленя революция 

	Охватила индустриально развитые страны северной Америке и Европы.

	Заключалась: в интенсивном использование минеральных  удобрений, ядохимикатов, развития хим. пром. машиностроения и энергетики с 1950-1970 

	Вторая зеленая революция 

	С 1960-1990 заключалась: селекционерами были новые сорта риса и пшеницы отличающиеся высокой урожайностью устойчивостью к болезням и коротким периодом созревания. Что позволило получать урожай два три раза в год. Охватило: Китай, Индию, Индонезию, Пакистан, Японию, Мексику, Египет и Аргентину.

	Третья зеленая революция

	С XX века и продолжается до нашего времени.

	 Имеет следующие особенности:

	создание высокоурожайных сортов устойчивых к засухе и болезням.

	внедрение методов генной инженерии  для создания новых сортов сельскохозяйственных культур и высокопродуктивных пород скота. 

	применение вместо химических удобрений биогенных (навоз, компас) 

	применение биологических методов борьбы с вредителями посевов

	 

	 


Тема: Энергетика и охрана окружающей среды.

1. Теплоэнергетика (ТЭС) 

на ТЭС используют:

уголь

мазут

сланцы

газ (природный)

В результате   сжигания топлива образуются дымовые газы содержащие оксиды серы, азота, соединение фтора и газообразные продукты неполного сгорания топлива (СО). А так же образуются сточные воды, никель, фенол, нефтепродукты и % стоков на 8-10% выше температуры воды в открытом водоеме.

Решение экологических проблем – сокращение выбросов оксида азота, обеспечивается технологией сжигания топлива, а оксидов серы – различными методами облагораживания топлива.

 Применение  методов очистки газовых выбросов.

 Применение очистки сточных вод.

Применение экологически чистых видов топлива (газ, водород).

2. Атомная энергетика – используют уран 235 и уран 238. Для получения 1 млн. кВт электроэнергии требуется 750 т. угля, 400т. нефти или 250гр. урана.

В результате работы АЭС в атмосферу поступают радиационные ядра, криптона, ксенона и йода и радиационный фон местности повышается на 1 %, а так же образуются твердые и жидкие радиоактивные отходы, которые в свинцовых контейнерах захороняют на определенной глубине в почве или сбрасывают в море.

3. Гидроэнергетика  - экологически чистая, но имеет следующие недостатки:

создание ГЭС связанно с затоплением земельных ресурсов.

большие амплитуды колебаний уровней на водохранилищах   не благоприятно для воспроизводства рыбы.

плотины преграждают рыбе путь на нерест.

на водохранилищах развиваются процессы эвтрофирования – обусловленные сбросом в реки сточных вод содержащих  биогенные элементы (фосфор, азот, калий)

создание водохранилищ может вызвать землетрясение даже в айсейсмичных районах.

	

	


	Тема: Загрязнения окружающей среды.

	План:

	Загрязнение атмосферы.

	Загрязнения гидросферы 

	Загрязнение почвы.

	Радиационное загрязнение.

	Физическое волновое загрязнение.

	1 Под атмосферным загрязнением понимается присутствие в воздухе различных газов, паров частички твердых и жидких веществ, которые неблагоприятно влияют на живые организмы. Ухудшают условия их жизни и наносят убытки.

	Классификация загрязнений атмосферы:

	проблема

	По высоте 

	По времени 

	Глобальная

	Континентальная

	Государственная

	Промышленная

	Локальная 

	Атмосфера

	Стратосфера

	Тропосфера 

	До 1,5 км.(ниж.сл)

	Высота дымовой трубы 

	Десятилетия

	Годы

	Месяцы

	Дни

	Часы

	

	

	Относительный вклад отросли промышленности РФ в загрязнении атмосферы:

	Электроэнергетика-28,5%

	Цветная металлургия – 21,6%

	Черная металлургия  -15,2%

	Нефтепереработка – 5,1 %

	Машиностроение – 3,6% 

	Химическая – 2,7%

	Пищевая – 1,5%

	Загрязняющие вещества попадающие в атмосферу вступают в реакции окисления с кислородом воздуха. Скорость окисления не одинаково для разных веществ и зависит от состояния воздуха. В сухом и чистом воздухе окисления протекают в течении 2-4 дней, а во влажном и запыленном воздухе в течение 20-30 минут.

Смог- это характеристика состояния атмосферы, когда видимость понижена, а уровень загрязнений от промышленных выбросов и выхлопных газов автомобилей весьма высок.

Виды смога:

восстановительный. Представляет собой смесь дыма, сажи, оксидов серы и азота и достигает максимального уровня при t0 около 0 и высокой влажности, не благоприятно влияет на бронхи и дыхательные пути.



Окислительный. Проявляется при t0 около 300 С и низкой влажности. Он вызывает раздражение глаз, снижает уровень зрения, нарушает процессы вегетации, разрушает резину.



2. Загрязнение водоемов зависит:

от степени проточности;

массы и состава гидрополлютантов;

температуры и состава воды;

насыщенность ее органикой;

Антропогенное загрязнение гидросферы в настоящее время приобрело глобальный характер. Это существенно уменьшило доступные эксплутационные ресурсы пресной воды на планете.

В гидросферу поступает в 15 раз больше, чем в атмосферу.

Различают:

химическое

механическое

термическое

биологическое загрязнение водоемов.

Основные источники загрязнения водоёмов:

сточные воды промышленных предприятий (соли тяжелых металлов, фенолы, нефтепродукты, нитриты, сульфаты, хлориды) 35-40 % загрязнения.

сточные воды коммунального хозяйства городов (синтетические моющие средства, жиры, ПАВ) 50% загрязнения

поверхностные стоки с полей и других сельскохозяйственных объектов (ядохимикаты) 

работа морского и речного транспорта (нефтепродукты)

атмосферные выпадения загрязнений на поверхность водоема.



Качество воды в большинстве водных   не отвечает нормативным требованиям, ежегодно растет число объектов с высоким уровнем загрязнения ( более 10 ПДК)  и экстремально высокого загрязнения (100 ПДК)



Санитарные требования к качеству воды в водоеме после смешения со сточными водами:

содержание растворенного кислорода 4 мг/л.

биологическая потребность в кислороде – это количество кислорода израсходованное за определенный промежуток времени на аэробное биохимическое окисление органических веществ не более 1 шт/л.

3 взвешенные вещества не должны превышать 0,25 мг/л для водоемов первого порядка и 0,75 мг/л для водоемов второго порядка.

Реакция воды должна быть нейтральная.

PH= 6,5

В  воде должны отсутствовать плавающие примеси, ядовитые вещества, возбудители заболеваний, запахи и привкусы.







	Тема: Загрязнение почвы.

	Загрязнения в 90 раз больше чем в атмосфере.

	Для человека считаются опасными т.е. токсичные терраполютакты, которые биохимически достаточно подвижны и могут попасть в питьевую воду или растения служащие пищей для человека и сельхоз. животных. 

	К ним относятся нефтепродукты, соединения тяжелых металлов ядохимикаты, синтетические яды, диоксиды. 

	Основные источники антропогенного загрязнения  земли:

	твердые и жидкие отходы добывающий перерабатывающей промышленности и транспорта.

	В РФ ежегодно образуются 7млр. тонн отходов производства и потребления, из которых в качестве вторичных ресурсов используется 22% и полностью обезвреживаются 3,5 % . Остальные отходы направляются на свалки, отвалы, полигоны. Санкционированные свалки занимают более 200 тыс.га.земли, а не санкционированные занимают 250 тыс. га.земли.

	Твердые бытовые отходы. 

	Ежегодно образуются 140 млн. м3 тв. Бытовых отходов из которых перерабатывается – 5%, а 70% вывозится на несанкционированные свалки. Избавиться от отходов можно следующими способами: закопать, сжечь, дампинг. 

	Сельскохозяйственные отходы и применяемые в агротехнике ядохимикаты. Мировая коллекция насчитывает 6 тыс. наименований ядохимикатов их производство составляет 1.2 млн. тонн в год. Ежегодно применение ядохимикатов поражает в мире до двух мил. человек и уносит до 40 тыс. человеческих жизней.

	Атмосферные осадки содержащие токсичные вещества и аварийные сбросы загрязняющих веществ.




	Радиационные загрязнения.

	Научные открытия в ХХ веке привели к появлению искусственных источников радиации и повышению радиационного фона до 11-12 мк. Рn/ч

	

	Естественный радиационный фон обусловлен рассеянной радиоактивностью земной коры, проникающим космическим излучением и потреблением с пищей биогенных радионуклидов и составляет 8-9 мк. Р/ч

	Источники радиационного загрязнения:

	Технические источники проникающей радиации (мед. аппаратура, радиационная дефектоскопия, источники сигнальной индикации).

	Извлекаемые из недр минералы, топливо и вода.

	Атомная энергетика.

	В результате аварии на Чернобыльской АЭС в атмосферу поступило 7,5тонн ядерного топлива и количество долгоживущих радиоизотопов .Этот выброс соответствует 500 Хиросимам.

	Испытание и применение ядерного оружия. С 1945 по1996 год. США, СССР, Англия, Франция и Китай произвели в надземном производстве более 400 ядерных взрывов. В атмосферу поступило большая масса радионуклидов наиболее опасными из которых являются долгоживущие радиоизотопы. 

	Углерод – 14 

	Цезий – 137

	Стронций -90

	Кобальт -60

	К 1996 году человечество получило около 15% радиационной дозы, остальную часть оно ещё будет получать  1000 лет.

	5  физическое волновое загрязнение.  Это загрязнение шумом, вибрацией и электромагнитными излучениями.