Основные этапы развития биосферы
Этапы развития биосферы.Современная структура биосферы и границы,вкоторых существуют живые организмы, формировались длительное время, начи-ная с момента возникновения первых организмов и до наших дней. Обн ружен-ные ископаемые кишечнополостные, некоторые виды червей и других животных свидетельствуют, что жизнь на Земле была очень многообр зной. К ждый пери-од эволюции биосферы характеризуется определенным комплексом экологичес-ких факторов среды и совокупностью организмов.
Наша планета появилась около 5 млрд лет назад. В то время температу-ра земной поверхности была выше 100 °С, и жизнь на З мле существовать не могла. Снижение температуры способствовало формиро анию водной оболочки планеты — гидросферы. Масса гидросферы по тепенно росла, увеличивалась ее площадь, что создало условия, благоприятные для з рождения жизни. Появление живого вещества в гидросфере способствов ло формированию биологического круговорота вещества.
На этом этапе формирования биосферы важная роль принадлежала бакте-риям с различными способами питания (фото- и хемоавтотрофам, фото- и хемо-гетеротрофам). Она состояла, прежде всего , в разложении мертвого органичес-кого вещества до биогенов, которые возвращались обратно в биологический кру-говорот. Деструктив ая фу кция б ктерий позволила поддерживать биомассу органического вещества пла еты а постоянном уровне. В то же время древние фотосинтезирующие бактерии (циа обактерии) насыщали гидросферу кислоро-дом. В дальнейшем, в результате роста и размножения автотрофов, количество кислорода в зрастало, н начал выделяться в атмосферу и распространяться в ней. За счет кисл р да в верхних слоях атмосферы появился озон.
Приме но к ло 500 млн лет назад концентрация кислорода в атмосфере до-стигла сов еменных значений. Этот факт совместно с образованием озонового экр на позволил о ганизмам выйти на сушу — началось формирование назем-ной флоры и ф уны. Первые наземные растения (псилофиты) путем фотосинте-за обр зов ли первичное органическое вещество суши, которое стало служить пищей гетеротрофным организмам. Так сформировалась наземно-воздушная среда обитания. Таким образом, живые организмы постепенно преобразовыва-ли физико-химические параметры окружающей среды, делая ее благоприятной для существования. В этом заключается еще одна важная функция живого веще-ства — средообразующая.
В то же время жизнь в гидросфере продолжала развиваться и была пред-ставлена цианобактериями и красными водорослями, а также почти всеми типа-
Правообладатель Народная асвета
| Основные этапы развития биосферы |
ми животных. Глубоководные организмы, постепенно продвигаясь все глубже ко дну, заселили всю гидросферу.
Следующие этапы эволюции биосферы проходили в направлении бурного развития и распространения жизни на суше. Появились мхи, древовидные пла-уны, хвощи, папоротники, голосеменные растения, на смену которым пришли покрытосеменные, быстро распространившиеся по всей планете.
Первыми животными суши были пауки и скорпионы. В период около
300 млн лет назад появились первые земноводные. В дальнейшем, приблизи-тельно 150 млн лет назад, массового распространения и процв ания достигли пресмыкающиеся: динозавры, древние черепахи и крокодилы. Около 50 млн лет назад появились птицы и млекопитающие. Биосферная роль жи отных связана с их гетеротрофным типом питания и способностью к перед ижению. Они потреб-ляют органическое вещество, создаваемое растениями, перемещают его на зна-чительные расстояния, способствуя распростр нению плодов, семян, спор.
Завоевание суши живыми организмами привело к зн чительному росту био-массы живого вещества, которая в настоящий момент многократно превышает океаническую биомассу.
Венцом же современной эволюции биосферы стало появление Человека ра-зумного, которое произошло всего лишь около 50 тыс. лет назад.
В процессе эволюции биосферы некоторые вещества на долгое время ис-ключались из биологического круговорота. Благодаря этому на Земле в разные геологические эпохи сформировались залежи полезных ископаемых в виде ка-менного угля, нефти, извест яков, желез ых руд и др. Таким образом, именно эволюция биосферы позволила Земле приобрести свой уникальный облик и стать планетой жизни среди ругих планет Солнечной системы. А главными факторами эволюции биосферы на рассм тренных этапах стали процессы, связанные с функ-ционированием жив го вещества: синтез, разрушение, круговорот.
Современный этап эволюции биосферы.Около50тыс.лет назад в эволю-цию биосферы ст л вносить вклад новый фактор — антропогенный, связанный
с деятельностью человека. На ранних стадиях цивилизации взаимодействие че-ловека с биосферой было связано с удовлетворением его потребностей в пище, жилье и носило скорее локальный характер. В Средние века по мере развития общества и промышленности человек для удовлетворения своих потребностей стал все больше использовать живое и минеральное косное вещества.
Еще более глубокие изменения в биосферных процессах начались в XX в.
в результате научно-технической революции. Бурное развитие энергетики, тран-спорта, химической промышленности привело к тому, что деятельность человека постепенно стала фактором, изменяющим облик Земли. Результатом стало раз-
Правообладатель Народная асвета
| Глава 7 | ||||||
| рушение природных экосистем (озер, | ||||||
| болот, лугов), вымирание многих ви- | ||||||
| дов животных и растений, истощение | ||||||
| полезных ископаемых. Кроме того, за- | ||||||
| грязнение окруж ющей среды радио- | ||||||
| нуклидами, | ядохимик т ми, | также | ||||
| промышленными и бы овыми отхода- | ||||||
| ми приобрело в наши дни глобальный | ||||||
| характер и пос авило человечество на | ||||||
| грань экологич ской катастрофы. | ||||||
| Сегодня масштабы влияния чело- | ||||||
| веческой деятельности на | эволюцию | |||||
| Рис. 96. Свалка бытового мусора | био феры | тали поистине | гигантски- | |||
| ми . Большин тво действий, порой при- |
водящих к катастрофическим последствиям , овершаются человеком от непо-нимания природных процессов и явлений , т кже их взаимосвязей. Примером может служить загрязнение окружающей среды и интенсивное, неумеренное ис-пользование природных ресурсов.
Очень серьезной стала проблема бытового мусора, который складируется на свалках 
(рис. 96) или сбрасывается в воды Мирового океана. Такие места утилизации отходов пред-ставляют опасность, поскольку вред ые вещества, растворяясь в воде, загрязняют грунтовые воды и почву. В Тихом океа е а сегод яш ий день количество бытового мусора по площади в 2 раза
превышает континентальную площадь США, а по массе — в 6 раз больше массы планктона.
Основоположник учения о биосфере В. И. Вернадский выделял еще один этап в развитии би сферы. Этот этап он связывал с переходом биосферы под влиянием разумн й деятельности человека в новое состояние — ноосферу.
Ноосфе а (сфе а разума) — высшая стадия развития биосферы, при кото ой азумная деятельность человечества становится глав-ной движущей силой ее развития.
Эт пы эволюции биосферы характеризовались увеличением разнообра-зия живых форм и усложнением их организации. Живое вещество, за-родившись в океане, распространилось по всей суше. Именно живые организмы позволили Земле приобрести ее уникальный облик и стать планетой жизни среди других планет Солнечной системы. Главными фак-торами эволюции биосферы на рассмотренных этапах являются процес-сы, связанные с функционированием живых организмов: синтез, разру-шение, круговорот.
Правообладатель Народная асвета
| Влияние хозяйственной деятельности человека на биосферу |
1.Проанализируйте основные этапы эволюции биосферы. Какую роль на каж-дом из них играли зеленые растения? 2. Раскройте значение живого вещества биосферы на всех этапах ее эволюции. 3. Охарактеризуйте вклад человека в эволюцию биосферы. 4. Что подразумевал В. И. Вернадский под понятием «ноо-сфера»?
§ 49. Влияние хозяйственной деятельности
Человека на биосферу
С появлением и совершенствованием человека эволюция биосф ры сущест-венно изменилась. На заре своего возникновения чело ек оказы ал пр имущест-венно локальное воздействие на окружающую среду, что ыражалось в удов-летворении минимальных потребностей в еде и жилище. Дре ние охотники при уменьшении численности промысловых животных переходили на другое место; древние земледельцы и скотоводы, если почва и тощал ь или кормов станови-лось меньше, осваивали новые земли. Небольш я численность населения пла-неты и практическое отсутствие производства позволяли природе утилизировать появляющиеся отходы и загрязнения за счет естественных процессов, связанных
с деструктивной функцией живого вещества.
Рост населения планеты, успешное р звитие животноводства, земледелия и научно-технический прогресс определили д льнейшее развитие человечества.
Сейчас на Земле проживает более 6 млрд человек, к 2030 г. это число вырастет до 10 млрд, а к 2050 г. — до 12,5 млрд человек. Обеспечение населения Земли продовольствием и энергетическими ресурсами уже сейчас является острой проблемой. Сегодня в странах, где
существует постоянная нехватка пр в льствия, проживает около 70 % населения планеты. Ввиду
этого интенсивно эксплуатируются пл ро ные земли густонаселенных районов, что ежегодно при-
водит к уменьшению их пл щади п чти на 2 %. Катастрофически быстро сокращаются невозобнов-ляемые природные есу сы. Нап имер, по прогнозам ученых, человечество в течение ближайших 200 лет израсходует все запасы металлов.
Хозяйственн я деятельность человека на современном этапе все чаще де-монстрирует отриц тельные примеры воздействия на биосферу. К ним относятся: загрязнение окружающей среды, истощение природных ресурсов, опустынивание земель, почвенная эрозия, нарушение природных сообществ, вырубка лесов, ис-чезновение редких видов растений и животных.
Загрязнение окружающей среды—поступление в среду новых,нехарак-терных для нее твердых, жидких и газообразных веществ либо превышение их естественного уровня в окружающей среде, которое оказывает негативное влия-ние на биосферу.
Правообладатель Народная асвета
202 Глава 7
Рис. 97. Сжигание топлива — главный источник загрязнения атмосферы
Загрязнение атмосферы.Чис-тый воздух необходим для жизни всех живых существ. Во многих странах проблема сохранения его чистоты от-носится к госуд рственным приори-тетам. Главная причина з грязнения атмосферы сос оит в сжиг нии топли-ва (рис. 97), поскольку ему по-преж-нему принадл жит ведущая роль в обеспеч нии эн рги й всех отраслей экономики. На с годняшний день рас-тительность планеты уже не в состоя-нии а имилиро ать продукты сгора-ния жидкого и твердого топлива.
По статистическим данным, в результате хозяйственной деятельности человека в атмосферу ежегодно поступает около 30 млрд т оксидов углерода, 200 млн т оксидов серы, 70 млн т оксидов азота, 1,5 млн т фреонов (хладонов ), а также соединения свинца, углеводороды (в том числе канцерогенные), большое количество твердых частиц (пыль, сажа и др.).
Оксиды углерода (СО и СО2), поступающие в атмосферу в результате сгора-ния топлива, являются причиной возникновения парникового эффекта. Оксиды серы (SO2 и SO3), образующиеся в результате сгорания топлива, содержаще-го серу, взаимодействуют в атмосфере с водяными парами и являются причиной кислотных осадков. Ко еч ыми продуктами такой реакции являются растворы сернистой (H2SO3) и серной (H2SO4) кислот. Они выпадают на поверхность зем-ли с осадками, вызывают по кисление почвы, приводят к заболеваниям челове-ка. В наибольшей степени от кислотных осадков страдают лесные экосистемы, особенно хв йные: п исх дит разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание и опадение хвои.
Оксиды зота (NO и NO2), подвергаясь действию ультрафиолетовых лучей, участвуют в формировании в атмосфере свободных радикалов. Оксиды азота приводят к р звитию у человека и животных ряда патологических состояний, на-пример раздражают дыхательные пути, вызывают отек легких и др.
В разрушение озонового слоя планеты значительный вклад вносят соеди-нения хлора. Например, один свободный радикал хлора может разрушить до 100 тыс. молекул озона, что является причиной возникновения озоновых дыр в атмосфере.
Аварии на атомных электростанциях (например, на Чернобыльской атомной электростанции), испытания ядерного оружия, неправильная утилизация отходов
Правообладатель Народная асвета
| Влияние хозяйственной деятельности человека на биосферу |
атомной энергетики являются основ-ными причинами радиоактивного загрязнения атмосферы.Попавшие
в атмосферу радиоактивные частицы рассеиваются на большие расстояния, загрязняя почву, воздух, водоемы.
В качестве источника загрязне-ния атмосферы следует упомянуть и транспорт. Выхлопные газы двигате-лей внутреннего сгорания содержат оксиды углерода и азота, сажу, а также тяжелые металлы и соединения, об-ладающие канцерогенным действием.
Загрязнение гидросферы. Де-
фицит пресной воды — глобальная
Рис. 98. Прямой брос сточных вод — серьезн я угроза для гидросферы
экологическая проблема. Наряду с расходов нием и нехваткой воды вызывает обеспокоенность растущее загрязнение гидросферы.
Основной причиной загрязнения водной среды вляется прямой сброс в вод-ные экосистемы отходов промышленности и коммунальных сточных вод (рис. 98).
В данном случае вместе с химическими веществами в водную среду поступают и биологические загрязнения (например, болезнетворные бактерии). Когда сбрасы-ваются подогретые сточные воды, происходит физическое (тепловое) загрязнение гидросферы. Такие сбросы с ижают количество кислорода в воде, увеличивают токсичность примесей и часто приво ят к заморам (гибели водных организмов).
Загрязнение п чвы. В связи с хозяйственной деятельностью человека впочву попадают химические вещества, которые нарушают почвообразовательные процессы и снижают пл д дие. Загрязнение почв происходит при чрезмерном применении в сельском хозяйстве минеральных удобрений и пестицидов. Вместе с органическими удоб ениями (навозом) в почву могут проникать биологические загрязнители: б кте ии, яйца паразитических червей. Почва загрязняется также нефтепродукт ми, р дионуклидами, тяжелыми металлами и др.
Истощение природных ресурсов.Природные ресурсы—средства сущест-вования людей, которые не создаются их трудом, а находятся в природе. Основ-ная проблема их современного состояния — сокращение количества исчерпа-емых и ухудшение качества неисчерпаемых природных ресурсов. Особенно это касается животных и растительных ресурсов. Разрушение местообитаний, загрязнение окружающей среды, чрезмерное использование природных ресурсов, браконьерство ведут к сокращению видового разнообразия растительного и жи-
Правообладатель Народная асвета
204 Глава 7
вотного мира. За время существования человечества вырублено и уничтожено около 70 % лесных угодий. Это стало причиной вымирания видов растений, оби-тавших в травянистых и кустарничковых ярусах. Они не смогли существовать в условиях прямого солнечного излучения. Вследствие вырубки лесов изменился и животный мир. Виды животных, имевшие тесные связи с древесными ярусами, либо исчезли, либо мигрировали в другие места.
Считается, что с 1600 г. в результате деятельности человека с лица Земли полностью ис-чезли около 250 видов животных и 1000 видов растений. Под угрозой унич ожения в насто-ящее время находятся около 1000 видов животных и 25 000 видов рас ений.
Животные и растительные ресурсы способны к постоянному восстановле-нию. Если скорость их использования не превышает темпы естественного возоб-новления, то эти ресурсы могут существовать очень долго. Однако скорость их возобновления различна. Популяции животных могут восстановить свою числен-ность за несколько лет. Леса выраст ют за не колько десятков лет. А почвы, утратившие плодородие, восстанавлив ют его очень медленно — в течение не-скольких тысячелетий.
Очень важной ресурсной проблемой планеты является сохранение качества пресной воды.Как известно,общие з п сы воды на планете неисчерпаемы.Од-нако на долю пресных вод приходится лишь около 3 % всей гидросферы. Причем только 1 % пресной воды пригоден для непосредственного употребления чело-веком без предваритель ой очистки. Примерно 1 млрд людей на Земле не име-ют постоянного оступа к прес ой питьевой воде. Поэтому человечество долж-но рассматривать прес ую во у как исчерпаемый природный ресурс. Проблема пресной воды с каж ым г ом обостряется в связи с обмелением рек и озер в результате мели ративных мероприятий, возрастанием расхода воды на нужды сельского хозяйства и пр мышленности, загрязнением вод производственными и бытовыми отходами.
Нехв тка п есной воды и ее плохое качество сказываются и на здоровье лю-дей. Известно, что наиболее опасные инфекционные заболевания (холера, дизен-терия и др.) возникают в местах, где затруднен доступ к чистой воде.
Сегодняшнее потребление воды промышленностью и сельским хозяйством поистине огром-но. апример, для производства одного современного легкового автомобиля требуется око-ло 300 тыс. л пресной воды, а для однократного орошения 1 га посевов хлопка — около 5 тыс. л.
Опустынивание—совокупность процессов,которые приводят к утратеприродным сообществом сплошного растительного покрова с невозможностью его восстановления без участия человека. Причинами опустынивания являются
Правообладатель Народная асвета
| Влияние хозяйственной деятельности человека на биосферу |
преимущественно антропогенные факторы: вырубка лесов, нерациональное ис-пользование водных ресурсов при орошении земель и др. Например, чрезмерная вырубка древесной горной растительности становится причиной стихийных бед-ствий — селей, оползней, снежных лавин. Приводить к опустыниванию может
и чрезмерная нагрузка на пастбища при увеличении масштабов животноводства. Растительный покров, выедаемый животными, не успевает восст новиться, и почва подвергается различным видам эрозии.