Механизмы поддерживающие, гомеостаз биосферы

Для студентов, у которых экология не является профильным предметом. (типо экологии для физиков и т.д.). Реферат прошёл норм. контроль. ...

1.2.1 Биосфера как целостная система
Несмотря на специфичность и самостоятельность отдельных оболочек Земли как составляющих биосферы, суммарная деятельность населяющих эти оболочки живых организмов интегрируется на уровне биосферы как целостной функциональной системы. На границах сред жизни регистрируются интенсивные процессы обмена органическим веществом, водой, минеральными солями и т. д.

В современном мире присутствует большое количество экологических проблем. Для их решения необходимо знать структуру механизмов, которые поддерживают биосферу в устойчивом состоянии равновесия. Объект исследования – биосфера как самоорганизующаяся система. Предмет исследования – природные механизмы, поддерживающие гомеостаз биосферы.
Цель данной работы – изучить, каким образом биосфера поддерживает себя в состоянии равновесия. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
• Рассмотреть биосферу как самоорганизующуюся систему.
• Охарактеризовать гомеостаз биосферы.
• Рассмотреть механизмы, которые поддерживают гомеостаз биосферы

[ REF _Ref405126005 \r \h 4]Механизмы, поддерживающие гомеостаз биосферыЧем поддерживается гомеостазГомеостаз биосферы поддерживается при помощи круговоротов веществ, которые подробно будут рассмотрены ниже.Круговорот водыРазличают несколько видов круговоротов воды в природе:Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, конденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.Внутриконтинентальный круговорот — вода, испарившаяся над поверхностью суши, выпадает обратно в виде атмосферных осадков.[ REF _Ref405126644 \r \h 13]Круговорот кислородаВ этом круговороте четко выраженные активная геохимическая деятельность живого вещества и его первостепенная роль в этом процессе Биогеохимический цикл кислорода является планетарным процессом, связывает атмосферу и гидросферу с земной корой Он происходит в такой последовательности:- образование свободного кислорода в процессе фотосинтеза в зеленых растениях;- потребление образованного кислорода для выполнения дыхательных функций всеми живыми организмами, а также в реакциях окисления органических остатков и неорганических веществ;- другие химические превращения, приводящие к образованию таких окисленных соединений, как двуокись углерода и вода, и последовательного их привлечения в новый цикл фотосинтетических превращенийС круговоротом кислорода тесно связано образование озона в высоких слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовой части солнечного спектра происходит ионизация части молекул кислорода и образуется атомарный кислород, который немедленно присоединяется к другим возбужденным молекулам кислорода, образуя озон - трехатомный кислород. Поглощая в процессе образования значительную часть жесткого ультрафиолетового излучения, озон играет огромную защитную роль для всей биосферы, поскольку многие из молекулярных структур живых организмов разрушаются под действием жесткого ультрафиолета.[ REF _Ref405126545 \r \h 12]Круговорот углеродаВся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе углеродного скелета. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы в другую. Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа. Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищу редуцентам (организмам, которые питаются мертвым органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических соединений), таким как грибы и термиты. В конце концов, углерод вернется в атмосферу в качестве углекислого газа;растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями);растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь или нефть.В случае же растворения исходной молекулы CO2 в морской воде также возможно несколько вариантов:углекислый газ может просто вернуться в атмосферу (этот вид взаимного газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно);углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк или из отложений вновь перейдет в морскую воду.Если углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. В связи с влиянием углекислого газа на парниковый эффект исследование круговорота углерода стало важной задачей для ученых, занимающихся изучением атмосферы.[ REF _Ref405126055 \r \h 8]Круговорот азотаАзот — одно из самых распространенных веществ биосфере, почти 80% воздуха, которым мы дышим, состоит из этого элемента. Основная часть атмосферного азота находится в свободной форме, при которой два атома азота соединены вместе, образуя молекулу азота — N2. Из-за того, что связи между двумя атомами очень прочные, живые организмы не способны напрямую использовать молекулярный азот — его сначала необходимо перевести в «связанное» состояние. В процессе связывания молекулы азота расщепляются, давая возможность отдельным атомам азота участвовать в химических реакциях с другими атомами, например с кислородом, и таким образом мешая им вновь объединиться в молекулу азота. Связь между атомами азота и другими атомами достаточно слабая, что позволяет живым организмам их усваивать. Поэтому связывание азота — это чрезвычайно важная часть жизненных процессов на нашей планете.Круговорот азота представляет собой ряд замкнутых взаимосвязанных путей, по которым азот циркулирует в земной биосфере. Рассмотрим сначала процесс разложения органических веществ в почве. Различные микроорганизмы извлекают азот из разлагающихся материалов и переводят его в молекулы, необходимые им для обмена веществ. При этом оставшийся азот высвобождается в виде аммиака (NH3) или ионов аммония (NH4+). Затем другие микроорганизмы связывают этот азот, переводя его обычно в форму нитратов (NO3–). Поступая в растения этот азот, участвует в образовании биологических молекул. После гибели организма азот возвращается в почву, и цикл начинается снова. Во время этого цикла возможны как потери азота — когда он включается в состав отложений или высвобождается в процессе жизнедеятельности некоторых бактерий (так называемых денитрифицирующих бактерий), — так и компенсация этих потерь за счет извержения вулканов и других видов геологической активности.Главный поставщик связанного азота в природе — бактерии: благодаря им связывается приблизительно от 90 до 140 миллионов тонн азота (точных цифр, к сожалению, нет). Самые известные бактерии, связывающие азот, находятся в клубеньках бобовых растений. На их использовании основан традиционный метод повышения плодородия почвы: на поле сначала выращивают горох или другие бобовые культуры, потом их запахивают в землю, и накопленный в их клубеньках связанный азот переходит в почву. Затем поле засевают другими культурами, которые этот азот уже могут использовать для своего роста.Некоторое количество азота переводится в связанное состояние во время грозы. Электрический разряд нагревает атмосферу вокруг себя, азот соединяется с кислородом (происходит реакция горения) с образованием различных оксидов азота. И хотя это довольно зрелищная форма связывания, она охватывает только 10 миллионов тонн азота в год. Таким образом, в результате естественных природных процессов связывается от 100 до 150 миллионов тонн азота год. В ходе человеческой деятельности тоже происходит связывание азота и перенос его в биосферу (например, все то же засевание полей бобовыми культурами приводит ежегодно к образованию 40 миллионов тонн связанного азота). Более того, при сгорании ископаемого топлива в электрогенераторах и в двигателях внутреннего сгорания происходит разогрев воздуха, как и в случае с разрядом молнии. Всякий раз, когда вы совершаете поездку на автомобиле, в биосферу поступает дополнительное количество связанного азота. Примерно 20 миллионов тонн азота в год связывается при сжигании природного топлива.Но больше всего связанного азота человек производит в виде минеральных удобрений.