Презентация "Эволюция биосфера" (11 класс) по географии – проект, доклад

Эволюция биосферы

Биосфера

Биосфера – оболочка Земли, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Понятие «биосферы как области жизни» восходит к Ламарку. Термин «биосфера» введен австрийским геологом Зюссом (1875 г.) для обозначения оболочки Земли, населенной совокупностью живых организмов. Биосфера включает нижние слои атмосферы (до озонового слоя, 20-25 км), часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница биосферы опускается в среднем на 2-3 км под поверхностью суши и на 1-2 км под дно океана. Биосфера состоит из двух взаимодействующих компонент – живых организмов и среды их обитания.

Основные положения теории В.И.Вернадского: Принцип целостности биосферы; «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы»; Принцип гармонии биосферы и ее организованности; в биосфере «все учитывается и все организовывается с той же точностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях светил и начинаем видеть в системах атомов веществ и атомов энергии»;

Основные положения теории В.И.Вернадского: Ведущая роль живого в формировании облика Земли как небесного тела; Космическая роль биосферы в трансформации энергии; «Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли».

Вернадский выделил семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ: живое вещество; биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и др., т.е. вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами); косное вещество (образуется в процессах, в которых живые организмы не участвуют); биокосное вещество (создается одновременно живыми организмами и в ходе процессов неорганической природы, например почвы); радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

Живое вещество – совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих. Живое вещество распределено в биосфере крайне неравномерно. Максимум приходится на приповерхностные участки суши (особенно велика масса тропических лесов) и гидросферы (до 200 м глубины). Более 90% всего живого вещества приходится на наземную растительность. Общая масса живого вещества в биосфере оценивается в 1.8-3.5 1018 г (в пересчете на сухое вещество) и составляет лишь незначительную часть биосферы (3 1024 г). Живое вещество считается наиболее мощным геохимическим и энергетическим фактором, ведущей силой планетарного развития.

Элементарными ячейками биосферы служат биогеоцинозы, образованные биоценозами в совокупности со средой обитания. В биогеоценозах происходит непрерывный процесс обмена веществом и энергией, обусловленный питанием, дыханием и размножением организмов и связанными с ними процессами создания, накопления и распада органических веществ. Организмы берут из окружающей среды химические элементы, строящие их тела, и возвращают из после смерти и в процессе жизни в ту же самую среду. Биогеохимические циклы - атомы большинства химических элементов многократно проходят через живое вещество (весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 200 лет, углекислый газ – за 200-300 лет, вода – за 2 млн лет).

Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов (биогенный ток атомов) с переменной валентностью (Fe, S, P, Cr и т.д.), создаются их новые соединения, в том числе почвы и органоминеральное топливо. Совокупность живых организмов выступает как мощный геологический фактор, играющий существенную роль в жизни планеты и действующий на протяжении длительного времени. Существование жизни на Земле коренным образом изменило облик нашей планеты и его составляющие – ландшафт, климат, состав атмосферы и т.д.

Биосфера, возникнув практически одновременно с Землей, непрерывно эволюционирует, что позволяет определить место биосферы как особого уровня организации живой материи. Эволюция биосферы представляет собой процесс самоорганизации в открытой неравновесной системе планетарного масштаба. Источником упорядоченности в биосфере является отрицательный энтропийный баланс при непрерывном обмене энергией с окружением. Биосфера возникла и развивается за счет негэнтропии солнечного излучения.

Многообразие живых систем – основа организации и устойчивости биосферы: каждый биологический вид выполняет свою функцию в биосферном циркулировании вещества и энергии, в обмене информацией. За все время существования Земли существовало около 500 млн видов живых организмов (в настоящее время – около 1.2 млн видов животных и 0.5 млн видов растений), минеральных же видов неживой материи – лишь около 10 тыс видов. Высокая степень согласованности всех видов жизни в биосфере – результат коэволюции, т.е. единой эволюции взаимодействующих биосистем, и интеграции, т.е. усиления взаимодействия и взаимозависимости живого и неживого.

Естественные факторы глобальных воздействий на биосферу: Малые астрономические факторы (изменение земной орбиты и наклона земной оси) - источник значительных периодических перестроек биосферы (периоды в сотни и десятки тысяч лет). Изменение геомагнитного поля Земли, в том числе возмущение в результате вспышек на Солнце; Естественные ионизирующие факторы: потоки космических частиц воздействуют на биосферу и имеют характерную временную периодичность (11 лет). Повышенный естественный радиационный фон (торфяники болотистой Хибинской тундры). Стихийные бедствия – ураганы, землетрясения, цунами, засухи, снегопады и т.д. Ежегодный ущерб от них оценивается в 30 млрд долларов, ежегодное число человеческих жертв в мире – 250 тыс человек.

Появление человека разумного качественным образом изменило биосферу. Постепенно происходит переход от простого биологического приспособления к целенаправленному изменению окружающей природы. Все биоценозы лишь поддерживаю системную целостность путем обмена веществом и энергией, а человек, помимо этих функций, производит овеществление природы, создавая новые искусственные предметы. Живое вещество, преобразуя косное, создает биосферу. Аналогично человек, преобразуя биосферу, создает техносферу.

Техносфера

Человек принципиально отличается от других живых существ способностью целенаправленно преобразовывать окружающую среду, создавая искусственную среду обитания. Масштабы преобразующей деятельности человека огромны и ее темпы постоянно увеличиваются. В наши дни т.н. техномасса (все, созданное человеком) уже на порядок превышает биомассу (вес диких живых организмов). Уровень воздействия человека на окружающую среду возрастает с ростом технической вооруженности общества. Техника все меньше остается вспомогательной силой для человека, все больше проявляется ее автономность.

Техновещество - совокупность всех существующих технических устройств и систем (техноцинозов): Технические устройства, добывающие полезные ископаемые и вырабатывающие энергию; Технический блок по переработке полученного сырья и производству средств производства; Техника, производящая средства потребления; Технические предметы по передаче, использованию и хранению информации; Автономные многофункциональные системы (роботы, автономные межпланетные станции и др.); Техносистемы по переработке и утилизации отходов. По масштабам своего воздействия на планету техновещество в состоянии спорить с живым веществом.

В результате преобразований человеком естественной среды обитания можно говорить о реальном существовании нового ее состояния – о техносфере. Техносфера представляет собой совокупность технических устройств и систем вместе с технической деятельностью человека. Техносфера включает в себя техногенное вещество, технические системы, живое вещество, верхнюю часть земной коры, атмосферу, гидросферу, а в последнее время – и околоземный космос. Роль техносферы в жизни современного общества очень велика, быстро возрастает и по некоторым прогнозам приобретает определяющий характер. Техносфера все больше преобразует природу, изменяя прежние и создавая новые ландшафты, активно влияя на другие сферы и оболочки Земли, причем не всегда это влияние носит положительный характер.

Экологические проблемы

Природа, несмотря на все ее бесконечное разнообразие, есть единое целое. В природе невозможно воздействовать на отдельную живую систему, не повлияв одновременно на другие составляющие биосферы. Результаты ответной реакции непредсказуемы и плохо поддаются прогнозированию: человек распахивает землю – смывается плодородный слой почвы; вырубаются леса под сельхозугодья – почва лишается влаги и становится бесплодной; уничтожаются хищники – снижается сопротивляемость травоядных и ухудшается их генофонд. Игнорирование человеком диалектического характера природы приводит к отрицательным последствиям как для природы, так и для человека.

Ф.Энгельс: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь, те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и в третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые часто уничтожают последствия первых». Отрицательным как для природы, так и для общества становится бесцеремонное вмешательство человека в окружающую среду в наши дни, т.к. последствия его из-за высокого уровня развития техники зачастую носят глобальный характер и порождают глобальные экологические проблемы.

Термин «экология», впервые употребленный немецким биологом Геккелем в 1886 г., обозначает науку о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой. Сейчас экология - наука, изучающую проблемы человеческого общества и окружающей среды. Первая конференция ООН по проблемам окружающей среды состоялся в 1972 г. и с тех пор термин «экология» прочно вошел в нашу жизнь. Главная задача экологии - исследование закономер-ностей, связанных и воспроизводством, гибелью и миграцией живых организмов, и выработка методов управления этими процессами в условиях возраста-ющего влияния человека на окружающую среду. Экология стала теоретической базой охраны природы.

Глобальные экологические проблемы

Уничтожены и продолжают уничтожаться тысячи видов растений и животных; В значительной мере истреблен лесной покров; Мировой океан загрязняется и перестает быть регулятором природных процессов; Атмосфера во многих местах загрязнена до предельно допустимых норм, чистый воздух становится дефицитом; На Земле практически не осталось места, где бы не находилось искусственно созданных человеком элементов. Неутилизированные отходы накапливаются в космосе.

Истребление биологических видов

Катастрофические результаты влияния человека на природу впервые были восприняты через список истребленных человеком видов растений и животных- только за исторически обозримое время более 100 видов крупных млекопитающих и примерно столько же видов птиц. Среди них – дронт (о.Маврикий в Индийском океане), Стеллерова корова (побережье тихого океана) и др. Уже в палеолите древний человек начал оказывать влияние на численность животных. Не без его участия исчезли лесные слоны и носороги, позднее та же участь постигла мамонта, шерстистого носорога, гигантского оленя.

С давних пор во всех странах мира шла неумеренная вырубка лесов, сначала для развития сельского хозяйства, а потом – ради древесины. За последние 100 лет флора Франции потеряла по крайней мере 20 видов растений. На острове св. Елены поселившиеся в XVI веке европейцы уничтожили покрывающий остров густой лес, и к концу XIX века из местной флоры сохранилось лишь 79 видов, а занесено было культурных и сорных растений – 97 видов. Антропогенные изменения ведут к обеднению видового состава и упрощению биоценотических связей, что всегда снижает устойчивость систем к внешним воздействиям.

Загрязнение окружающей среды

Промышленностью и транспортом выводится в атмосферу и гидросферу много вредных веществ. По прогнозам ученых в 2070 году концентрация атмосферного углекислого газа может повыситься в 2 раза, что приведет к повышению средней температуры нижнего слоя воздуха на 2.5 градуса и глобальному потеплению климата. Большой вред биосфере приносят разного рода отходы, городской и бытовой мусор. Если его распределить по земной поверхности, то мусор покроет ее в течение 15 лет слоем 5 метров. Осуществляется также и сознательное загрязнение среды ядохимикатами специально для уничтожения хозяйственно вредных насекомых и сорняков, что явно нарушает равновесие биоценозов.

Антропогенное загрязнение окружающей среды можно сгруппировать по следующим категориям: инградиентное – внесение химических веществ, которые количественно или качественно чужды естественным биоценозам; параметрическое – связанное с изменением физических параметров окружающей среды; биоценотическое – заключается в воздействии на состав и структуру популяции живых организмов, составляющих биоценоз; стациально-деструктивное – изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования.

Возрастание численности населения

Человек нарушил важный принцип равновесия «пищевой пирамиды» - в природных системах на высоких звеньях пищевых цепочек не бывает большой биомассы и численности организмов. Это нарушение стало возможным за счет развития сельского хозяйства (и соответствующего увеличения численности отдельных сортов и пород), а также вложению дополнительной энергии (например, при внесении удобрений). Нарушение принципа равновесия неизбежно вызывает изменение в круговороте веществ, накопление отходов и загрязнение окружающей среды.

Изменение энергетического баланса

Созданное человеком, как правило, не способствует созданию новых запасов энергии. Бесконечное же потребление полезных ископаемых и живого вещества ставит на грань катастрофы само существование не только разумной жизни, но и жизни как таковой. Современное человечество использует не только энергетические ресурсы биосферы, но и небиосферные источники (атомные). Некоторые антропогенные процессы при этом направлены противоположно по отношению к естественному ходу их в биосфере (например, освобождение законсервированного углерода и его окисление). В конечном итоге это приводит к экологическим кризисам в биосфере.

Экологический кризис

Антропогенное воздействие на природу – прямое осознанное или косвенное неосознанное воздействие человека и результатов его деятельности, вызывающее изменение природной среды и естественных ландшафтов: Изменение структуры земной поверхности; Изменения, вносимые в биоту; Изменение состава биосферы, круговорота и баланса входящего в нее вещества; Изменение энергетического и теплового баланса. Биосфера потеряла способность к самовосстановлению.

В современных условиях антропогенное воздействие достигло таких масштабов, что привело к глобальному экологическому кризису, т.е. к такому изменению среды обитания, которое делает проблематичным дальнейшее выживание человека и других биологических видов. В настоящее время глобальный экологический кризис включает четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение планеты токсикантами, озоновые дыры.

Природные катастрофы и изменение климата

Природные катастрофы, все чаще обрушивающиеся на Землю. Появляются сообщения о небывалых наводнениях, разрушительных циклонах, тайфунах и смерчах. По сравнению с 60-ми годами ХХ века число природных катастроф увеличилось вчетверо, а материальный ущерб, приносимый стихиями, по крайней мере, в десять раз. По расчетам климатологов, средняя температура планеты в конце XXI века поднимется на 3 градуса. За сто лет наблюдений уровень мирового океана поднялся на 20 см, а в последние годы поднимается на 3 см в год. Вода в верхних слоях океана прогрелась на 0.5 градуса.

Парниковый эффект

Ученые считают, что на 95% потепление вызвано деятельностью человека, а не природными процессами. Основные источники парникового эффекта – углекислый газ и метан, выделяющиеся в результате деятельности промышленности. Суть парникового эффекта состоит в следующем: Земля получает энергию от Солнца, в основном, в видимой части спектра, а сама излучает, главным образом, инфракрасные лучи. Однако многие газы (пары Н2О, СО2, СН4), в атмосфере прозрачны для видимого света, но активно поглощают инфракрасные, удерживая тепло в атмосфере.

При сохранении выбросов на прежнем уровне первым пострадает от большой жары Южное полушарие, африканские пустыни захватят тысячи квадратных километров, возникнут пустыни в Испании, Греции, на Ближнем Востоке, в южных штатах США. На месте вечной мерзлоты в Сибири будет вызревать пшеница, а на берегах Балтийского и Северного морей появятся тропические растения. Жителям Севера придется встретиться с новыми для них инфекциями (тропическая малярия, желтая лихорадка). Столкновение населения северных широт с неизвестными болезнями, которые по оценкам могут поражать ежегодно до 80 млн человек – одна из серьезнейших проблем климатических перемен.

Потепление на 10 градусов вызовет таяние полярных льдов и подъем уровня мирового океана на 5-6 метров, что приведет к затоплению многих территорий. Бури еще неведомой силы будут атаковать не только экватор, но и средние широты. Ученые прогнозируют шторма, которые смогут сокрушить небоскребы Нью-Йорка и Токио, и в считанные секунды уничтожат созданное поколениями людей.

Разрушение озонового слоя

Озоновый слой является защитным слоем биосферы Земли, т.к. именно озон способен удерживать ультрафиолетовое излучение Солнца. В результате хозяйственной деятельности человека (поступление в атмосферу хлорфторуглеродов), наблюдается уменьшение озонового слоя («озоновые дыры») над Антарктидой (продвигается в сторону Африки) , а с недавнего времени и в Северном полушарии. Постепенное разрушение озонового слоя привело к уничтожению планктона в океане. С этим же связывают увеличение в последние годы числа онкологических и глазных заболеваний. Прямое попадание ультрафиолетовых лучей на Землю увеличивает темп таяния ледников.

Кислотные дожди

Загрязнение атмосферы большим количеством оксидов серы и азота, образующихся в результате сжигания топлива, может увеличить кислотность осадком до предела, не переносимого живыми организмами. Соединения серы, вступая в реакцию с парами воды, образуют разбавленную серную кислоту, а оксиды азота - разбавленную азотную кислоту. В результате выпадения «кислотных» осадков» из почв выводятся биогенные вещества, повреждаются или даже уничтожаются леса, может нарушиться химический баланс экосистемы. Кислотные дожди считают основной причиной сильного закисления прудов и озер (до концентраций, сравнимых с уксусом), приводящего к гибели рыб и многих водных растений.

Загрязнение гидросферы

По данным Всемирной организации здравоохранения 80% всех инфекционных заболеваний в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды. По данным ООН в мире выпускается до 15 тыс химических соединений, являющихся потенциальными токсикантами. По экспертным оценкам, до 80% всех химических соединений, поступающих во внешнюю среду рано или поздно попадают в водоисточники. Наука пока не в состоянии дать полную картину ущерба, нанесенного воде. Если не будут предприняты экстренные меры и установлена устойчивая мировая практика управления водными ресурсами, кризис с пресной водой неизбежен.

Экология человека

Экология человека – исследование адаптивных способностей человека в изменяющейся среде обитания. Несмотря на огромные возможности адаптации человека, они не соответствуют темпам неблагоприятных изменений в среде обитания. Появляются новые болезни: аллергические, лучевые, токсические, происходят генетические изменения в организме. В связи с крайне неблагоприятной экологической ситуацией в крупных промышленных городах во много раз возросло количество заболеваний верхних дыхательных путей. Сверхвысокий ритм жизни и информационные перегрузки приводят к резкому увеличению сердечно-сосудистых, нервно-психических, онкологических заболеваний.

Ноосфера

Современная человеческая цивилизация характеризуется двумя противоположными тенденциями. С одной стороны, непрерывно усиливается техногенное давление на биосферу. С другой стороны, возрастает осознание мировым сообществом ответственности за эволюцию биосферы. Проблема выживания человечества объективно приводит к поиску путей гармонического существования цивилизации и биосферы – коэволюции человека и биосферы. Огромное влияние человека на природу и масштабные последствия его деятельности послужили основой для создания учения о ноосфере.

Французскоий палеонтолог и философ Тейяр де Шарден предположил возможность появления в будущем коллективного человеческого сознания, способного контролировать направление эволюции. В новом состоянии биосфера переходит в сферу разумного взаимодействия человека со средой – ноосферу (термин другого французского ученого Э.Леруа, предложенный в 1927 г. и означающий «сфера разума»). Де Шарден рассматривал ноосферу как некое идеальное образование, внебиосферную оболочку мысли, окружающую Землю.

Один из создателей учения о ноосфере - В.И.Вернадский. В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. Гармоническая связь всех ее структурных составляющих (человеческого общества, совокупности научных знаний, техники и технологий, биосферы) есть основа устойчивого существования и развития ноосферы. Значение концепции ноосферы заключается в естественно-научном и философском обосновании модели вероятного и целесообразного направления коэволюции человеческого общества и биосферы.

Условия, необходимые для становления и существования ноосферы: Заселение человеком всей планеты. Резкое преобразование средств связи и обмена между странами. Усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере. Расширение границ биосферы и выход в космос. Открытие новых источников энергии. Равенство людей всех рас и религий.

Увеличение роли народных масс в решении вопросов внутренней и внешней политики. Свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли. Продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся – не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни. Разумное преобразование первичной природы Земли с целью удовлетворения всех материальных, эстетических и духовных потребностей численно возрастающего населения. Исключение войн из жизни общества.

В настоящее время реализованы многие признаки, позволяющие говорить о постепенном переходе биосферы в ноосферу. В.И. Вернадский, замечая нежелательные, даже разрушительные последствия хозяйственной деятельности человека на Земле, считал их издержками. Он верил в человеческий разум, гуманизм научной деятельности, торжество добра и красоты. Ноосфера – символ веры, идеал разумного вмешательства в биосферные процессы под влиянием научных достижений. В неё надо верить и предпринимать усилия для ее становления.