Тема 11. Биосфера и ее устойчивость

1.Учение В.И.Вернадского о биосфере и ноосфере.
2. Концепция и роль живого вещества.

Термин «биосфера» в научную литературу введён в 1875 г. австрийским учёным-геологом Эдуардом Зюссом. В. И. Вернадский (1863-1945) использовал этот термин и создал науку с аналогичным названием. Под биосферой понимается всё пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. В. И. Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, и самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или белым биосферам. Около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газо-пылеватого вещества образовалась планета Земля. По новейшим данным, масса Земли составляет 6*1021т, объёмом – 1,083*1012 км3, площадь поверхности – 510,2 млн. км2. Размеры, а, следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены. Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка земли – биосфера. Литосфера (греч. «литос» - камень) – каменная оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной) от 6 (под океаном) до 80 км (горные системы). Земная кора сложена горными породами. Гидросфера(греч. «гидора» - вода) – водная оболочка Земли. Её подразделяют на поверхностную и подземную. Атмосфера(греч. «атмос» - пар) – газовая оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Биосфера– внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы до высоты 25-30 км (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что, они населены живыми организмами, составляющими живое вещество планеты. Согласно В. И. Вернадскому вещество биосферы состоит из: живого вещества – биомассы современных живых организмов; биогенного вещества – всех форм детрита, а также торфа, угля, нефти и газа биогенного происхождения; детрит – мёртвое органическое вещество в экосистеме совокупно взвешенных и осевших на дно органических минеральных частиц; биокосного вещества – смесей биогенных веществ с минеральными породами не биогенного происхождения (почва или природные воды, газо- и нефтеносные сланцы, битумные пески, часть осадочных карбонатов; косного вещества – горных пород, минералов, осадков, не затронутых прямыми биогеохимическим воздействием организмов. По данным, основанным на содержании энергии или углерода, количества живого, биогенного и биокосного вещества в биосфере соотносятся как 1:20:4000. Под живым веществом В. И. Вернадский понимает всё количество живых организмов планеты как единое целое. Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли, его масса составляет 2420 млрд. т, что более чем в две тысячи раз меньше массы самой лёгкой оболочки Земли – атмосферы. К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую среднеобразующую деятельность, можно отнести следующие: способность быстро занимать (осваивать) всё свободное пространство; движение не только пассивное (под действие силы тяжести, гравитационных сил и т.п.), но и активное; устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти; высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям; феноменально высокая скорость протекания реакций; высокая скорость обновления живого вещества. Геохимическими циклами и круговоротом в целом обеспечиваются важнейшие функции живого вещества в биосфере. В 1944 г. В.И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу. Ноосфера – сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором её развития.

Литература: 1. Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.151-163.2. Николайкин Н.И. и др. Экология. – М., 2004. с.196-276. 3.Аскарова М.А. Общая экология. – Алматы, 2004. с. 122-133. 4. Алишева К.А. Экология. – Алматы., 2006. с. 50-63

Тема12.Круговорот веществ и основные биогеохимические законы В.И. Вернадского

1. Круговорот веществ в природе
2. Биогеохимические законы В.И. Вернадского

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический). Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение веществ между биосферой и более глубокими горизонтами Земли.
Большой круговорот – это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн. лет. Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический), в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Круговорот отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощённые организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называют биофильными. Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из которых в основном состоят белковые молекулы. К ним относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера. Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода наиболее совершенны.Благодаря большим атмосферным резервам, они способны к быстрой саморегуляции. В круговороте углерода, а точнее – наиболее подвижной его формы – углекислый газ, чётко прослеживается трофическая цепь: продуценты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе, консументы – поглощение углерода вместе с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуцентов – возвращающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота углекислого газа составляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере). Скорость круговорота кислорода – 2 тыс. лет. Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы. Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают азот только в форме соединения его с водородом и кислородом. Редуценты постепенно разлагают белковые вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их, а также азот в виде нитратов и нитритов усваивается растениями и может передаваться по пищевым (трофическим) цепям. Биогеохимические циклы фосфора и серы, важнейших биогенных элементов, значительно менее совершенны, так как находятся в «недоступном» фонде. Круговорот серы и фосфора – типичный осадочный биохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот сера может лишь в результате геологических процессов или путём извлечения живым веществом биофильных компонентов. Сера является одним из наиболее опасных загрязнителей. Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере. В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители. В круговороте фосфора отсутствует газообразная фаза. После неоднократного потребления его организмами на суше и водной среде он, в конечном счете, выводится в донные осадки. Возвращение фосфора с организмами океана не компенсирует его потребности на суше. Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передаётся по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море. Биосфере, как и составляющим её другим экосистемам, более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают её функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них: Биосфера – централизованная система. Биосфера – открытая система. Биосфера – саморегулирующая система.Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Закон целостности биосферы можно сформулировать так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение даже одного звена влечёт за собой сопряжённое изменение всех остальных.

Литература: 1. Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.164-176. 2. Николайкин Н.И. и др. Экология. – М., 2004. с.276-309. 3. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М., 1998. с. 105-114.

Тема 13. Природные ресурсы и рациональное природопользование, как один из аспектов устойчивого развития

1. Характеристика и классификация природных ресурсов

2. Рациональное природопользование

3. Малоотходных и безотходные технологий

Природные ресурсы это тела и силы природы, которые используются человеком для поддержания своего существования. К ним относятся солнечный свет, вода, воздух, почва, растения, животные, полезные ископаемые и всё остальное, что не создано человеком, но без чего он не может существовать ни как живое существо, ни как производитель. Они используются в качестве:· непосредственных предметов потребления (питьевая вода, кислород воздуха, дикорастущие съедобные и лекарственные растения, рыба и др.); средства труда, с помощью которых осуществляется общественное производство (земля, водные пути и др.); источников энергии (гидроэнергия, запасы горючих ископаемых, энергия ветра и др.). Кроме того, природные ресурсы используются для отдыха, оздоровления и других целей. Природные ресурсы классифицируют в соответствии со следующими признаками:· по их использованию на производственные (сельскохозяйст венные и промышленные), здравоохранительные (рекреа ционные), эстетические, научные и др.; по принадлежности к тем или иным компонентам природы на земельные, водные, минеральные, животного и растительного мира и др.;· по заменимости на заменимые (например, топливно-минеральные энергетические ресурсы можно заменить ветровой, солнечной энергией) и незаменимые (кислород воздуха для дыхания или пресную воду для питья заменить нечем);· по исчерпаемости: на исчерпаемые и неисчерпаемые. Деление по признаку использования весьма условно, поскольку один и тот же ресурс, например вода в озере, может быть использован как для промышленных, сельскохозяйственных, так и для рекреационных целей или иметь большую эстетическую ценность. К неисчерпаемым ресурсам можно условно отнести солнечный свет, атмосферный воздух, воду, энергию ветра, падающей воды и т.д. Однако важно не только количество, но и качество этих ресурсов: например, не вода вообще, а вода, пригодная для питья; не воздух вообще, а воздух, пригодный для дыхания, и т.д. Таким образом, часть даже количественно неисчерпаемых ресурсов может стать непригодной для использования ввиду изменения своего качества под воздействием человеческой деятельности. Исчерпаемые природные ресурсы делятся на возобновимые, относительно возобновимые и невозобновимые. Процесс эксплуатации природных ресурсов в целях удовлетворения материальных и культурных потребностей общества называется природопользованием. Оно может быть рациональным (разумным) и нерациональным. Под рациональным природопользованием понимается изучение природных ресурсов, их бережная эксплуатация, охрана и воспроизводство с учётом не только настоящих, но и будущих интересов развития народного хозяйства и сохранения здоровья людей. Современное состояние природопользования в большинстве случаев может быть охарактеризовано как нерациональное, ведущее к истощению (вплоть до исчезновения) природных ресурсов, даже восстановимых; загрязнению окружающей среды. Причин здесь много. Это и недостаточное познание законов экологии, и слабая материальная заинтересованность производителей, и низкая экологическая культура населения и др. Антропогенный круговорот веществ сопровождается большим расходом природных ресурсов и большим количеством отходов, вызывающих загрязнение ОС. Поэтому основной задачей является разработка технологий, позволяющих сделать антропогенный круговорот как можно более замкнутым, так называемых малоотходных малоотходный и безотходных технологий. Малоотходная технология – такой способ производства, который обеспечивает максимально эффективное использование сырья и энергии, с минимумом отходов и потерь энергии. Важным условие малоотходной технологии является рециркуляция – повторное использование материальных ресурсов, позволяющие экономить сырье и энергию, и уменьшить образование отходов. Биотехнология – методы и приемы получения полезных для человека продуктов, явлений и эффектов с помощью живых организмов (в первую очередь микроорганизмов).

Литература: 1. Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.417-437.2. Николайкин Н.И. и др. Экология. – М., 2004. с.310-314. 3. Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная -М., 1999. с. 159-166. 4. Алишева К.А. Экология. – Алматы., 2006. с. 64-67.

Тема 14. Глобальные экологические проблемы современности

1. Климатические изменения и разрушение озонового слоя

2. Зоны экологического бедствия РК

Известный эколог Б. Коммонер (1974) выделял пять, по его мнению, основных видов вмешательства человека в экологические процессы: упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов; концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения; рост числа ядовитых отходов от химических производств; введение в экосистему новых видов; появление генетических изменений в организмах растений и животных. Подавляющая часть антропогенных воздействий носит целенаправленный характер, т. е. осуществляется человеком сознательно во имя достижения конкретных целей. В настоящее время можно выделить ряд современных глобальных экологических проблем: глобальное потепление и изменение климата; проблема озонового слоя; проблема водных ресурсов; кислотные осадки; опустынивание; сокращение биологического разнообразия. Анализ экологических последствий антропогенных воздействий позволяет разделить все их виды на положительные и отрицательные (негативные). К положительным воздействиям человека на биосферу можно отнести воспроизводство природных ресурсов, восстановление запасов подземных вод, полезащитное лесоразведение, рекультивацию земель на месте разработок полезных ископаемых и некоторые другие мероприятия. Отрицательное (негативное) воздействие человека на биосферу проявляется в самых разнообразных и масштабных акциях: вырубке леса на больших площадях, истощении запасов пресных подземных вод, засолении и опустынивании земель, резком сокращении численности, а также исчезновении видов животных и растений, и т. д. В настоящее время человечество столкнулось с проблемой резкого ухудшения состояния ОС и истощения природных ресурсов во все возрастающих масштабах. Экологические проблемы не миновали и Казахстан. Экосистемы Казахстана хрупки и легко уязвимы, так как большая часть его территории относится к аридной зоне. В основе многих экологических бедствий РК лежат продолжительное использование экстенсивных технологий природопользования, отсутствие действенного государственного контроля и серьезные просчеты использования и охраны природных ресурсов. Все привело к тому, что в ряде регионов республики ощущается дефицит питьевой воды; отмечается повышение уровня загрязнений воды, почвы, атмосферного воздуха, и их негативное влияние, приводящее к исчезновению многих видов растений и животных. Создается неблагополучная экологическая ситуация в ряде регионов (бассейны Аральского и Каспийского морей, Центрального и Восточного Казахстана).

В нашей республике 5 очагов экологического бедствия: Арал, Каспий, Балхаш, СИЯП и космодром Байконур. Из 14 областей Казахстана шесть были определены как наиболее неблагоприятные в плане состояния ОС. В Республике выделены 3 зоны, представляющие приоритетные экологические проблемы.

А. (Прикаспийская) - области: Атырауская, Мангистауская. Главным экологическим приоритетом является нефтяное загрязнение (воды, воздуха, опустынивания, утрата биоразнообразия).

В. (Восточная) – области: Восточно-Казахстанская, Павлодарская, Карагандинская, Акмолинская. Главным экологическим приоритетом является промышленное загрязнение (воды, воздуха, деградация лесов, утилизация отходов).

С. (Южная) – области: Алматинская, Южно-Казахстанская, Жамбылская, Кызылординская). Главным экологическим приоритетом является нерациональное водопользование (загрязнение воды, опустынивание, дефицит водных ресурсов).

Литература: 1. Коробкин В.И. и др. Экология. – М., 2003. с.276-285. 2. Габов Ю.А. и др. Экологическая безопасность Казахстана ( мифы и реальность).-Астана. 2006. с. 213-310. 3. Воронков Н.А. Экология общая, социальная, прикладная -М., 1999. с. 365-385. 4. Алишева К.А. Экология. – Алматы., 2006. с. 105-171.5.Панин М.С. Экология Казахстана - Семипалатинск, 2005. с. 222-314.

Тема 15. Окружающая среда и устойчивое развитие человеческого общества