Биосфера и человек

Федеральное агенствопо образованию

 

Государственное образовательное учреждение

 

Высшего профессионального  образования

 

Пермский национальный исследовательский политехнический 

 

университет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по экологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил  студент ГНФ ГНПз-09: Анянов А.А.

Преподаватель: Шапорев И. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Биосфера и человек:  структуры, экосистемы, взаимоотношения  организма и среды; экология  и здоровье человека.

   Экология –  это наука,  изучающая условия существования  живых организмов и взаимосвязи  между организмами и средой, в  которой они обитают. Как признанная самостоятельная научная дисциплина экология возникла около 1900 года, наряду с геоботаникой, физиологией, генетикой и другими дисциплинами, но ее название «экология» вошло в общий лексикон лишь в последнее десятилетие. С середины 50х годов ее значение и сферы приложения стали значительно расширяться и современную экологию можно охарактеризовать как междисциплинарную область, развивающуюся на стыке многих биологических наук. Для человеческой цивилизации экология также имеет огромное значение. Ведь фактически цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь и другие средства, позволившие ему изменять среду своего обитания. И теперь, если человечество хочет сохранить свою цивилизацию, оно более чем когда-либо нуждается в достаточно полных знаниях об окружающей среде, поскольку основные «законы природы» действуют по-прежнему; рост населения и расширение возможностей воздействия на среду лишь изменили их относительное значение и усложнили зависимость от них человека.

   Живые организмы почти на 99% состоят из четырех химических элементов:  водорода (Н), кислорода (О), углерода (С) и азота (N), именно они и являются основными элементами живой материи. Водород и кислород - составные элементы воды, на которую приходится 60-70% массы клетки. Наряду с углеродом и азотом эти два элемента являются также основными составляющими органических соединений, участвующих в большинстве процессов жизнедеятельности. Многие биомолекулы содержат также атомы серы (S) и фосфора (Р). Перечисленные макроэлементы входят в состав всех живых организмов.

На уровне конкретных экосистем  формируются важные детали климата. Известна роль растительности в создании режима температуры и влажности. Транспирация помимо этого прямо  связана с образованием осадков. Растительность влияет также на ветровой режим, условия залегания снежного покрова и другие важные климатические  параметры. В общем, на фоне фундаментальных  географических особенностей климата, определяемых астрономическими факторами, рельеф и тип растительности образуют особенности мезо- и микроклимата, имеющие большое значение в формировании сложных многовидовых сообществ живых организмов.

Под экосферой  понимается  живая  оболочка земли, включающая все экосистемы. Она имеет большое значение в развитии жизни на земле ведь человечество вместе с окружающей его средой (живой и косной материей) образует единую экологическую систему Земли, планетарную экологическую нишу, которая и представляет собою экосферу.

Понимание процессов, происходящих в экосфере, затруднено тем, что эти процессы выходят за рамки наших обычных представлений. У нас уже входит в привычку рассматривать отдельно взятые, единичные события, каждое из которых имеет свою обособленную, единственную причину. Но в экосфере каждое событие — это одновременно причина: отходы животных становятся пищей для почвенных бактерий; продуктами жизнедеятельности бактерий питаются растения; растения поедают животные. Трудно найти подходящую аналогию экологическим циклам в человеческой деятельности, особенно в наш век техники, когда машина А производит продукт В, а продукт В, однажды использованный, выбрасывается, и дальнейшая его судьба не имеет никакого значения ни для машины, ни для продукта, ни для потребителя.

В этом —  первый большой недостаток жизни  человека в экосфере. Мы разомкнули круг жизни, превратив ее бесчисленные циклы в линейные цепи искусственных событий: нефть добывается из-под земли, перерабатывается в топливо, сжигается в двигателях, превращаясь при этом во вредные газообразные продукты, которые выбрасываютсяся в атмосферу. На конце цепочки — смог*. Другой пример антропогенных нарушений экосферных циклов — внесение в природу ядовитых химических веществ, сточных вод, гор мусора — также подтверждает нашу способность разорвать экологическую ткань, которая в течение миллионов лет поддерживала жизнь на планете.

Биосфе́ра— оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли. Термин «биосфера» был введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.  Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик В. И. Вернадский. Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.  В. И. Вернадский доказал, что, как бы слаб ни был каждый организм в отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (сотен миллионов лет) отрезков времени.

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими  в совокупности живое вещество. Это  самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический  фактор планетарного масштаба.

Вещественный  состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

   * живое  вещество;

   * биогенное  вещество – рождаемое и перерабатываемое  живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и т. д.);

   * косное  вещество, образуемое без участия  живых организмов (твердое, жидкое  и газообразное);

   * биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);

   * вещество  радиоактивного распада (элементы  и изотопы уранового, ториевого  и актиноуранового ряда);

   * рассеянные  атомы земного вещества и космических  излучений;

   * вещество  космического происхождения в  форме метеоритов, космической пыли  и др.

В 1926 году Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу  под названием «Биосфера», которая  ознаменовала рождение новой науки  о природе, о взаимосвязи с  ней человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая  жизнью, живым веществом планеты. «Биосфера – организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная  с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и  биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических  и биологических циклах.

Биосфера по вертикали  разделяется на две четко обособленные области: верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу (в которой происходит фотосинтез), и нижнюю, «темную», - меланобиосферу (в которой фотосинтез невозможен). На суше граница между ними проходит по поверхности Земли.

В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для развития живого вещества имеют  следующие ее элементы (сверху вниз):

   * слой  живого вещества, так называемая  «пленка жизни»;

   * педосфера, или почвенный покров;

   * ландшафтно-экологические  системы – функциональные системы,  включающие живые организмы и  среду их обитания;

   * кора  выветривания, т. е. зона разрушения  и преобразования горных пород,  их минерально-геохимических изменений  в верхней части земной коры  под воздействием различных факторов;

   * древняя  биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями.

Структура и функции  биосферы.

Атмосфера. Это  воздушная оболочка, состоящая в  основном из азота и кислорода; достигает  мощности до 20000 км. В меньших концентрациях  она содержит углекислый газ и  озон. Состояние атмосферы оказывает  большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических  процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического  вещества, углекислый газ, расходуемый  при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование  живых организмов невозможно. Это  видно на примере лишенной жизни  Луны, у которой нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы  связано с геохимическими процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря (в значительной мере) вулканической  активности, а кислород – в результате фотосинтеза.

Гидросфера. Вода является важной составной частью всех компонентов биосферы и одним  из необходимых факторов существования  живых организмов. Основная ее часть (95%) заключена в Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности  Земного шара. Общая масса океанических вод составляет свыше 1300 млн. км3. Около 24 млн. км3 воды содержится в ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной покров Антарктиды. Столько  же воды содержится под землей. Поверхностные  воды озер составляют приблизительно 0,18 млн. км3 (из них половина соленые), а рек – 0,002 млн. км3.Количество воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км3. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют  кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах  изменяется в широких пределах в  зависимости от температуры и  присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.

Литосфера. Основная масса организмов, обитающих в  пределах литосферы, сосредоточена  в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами – продуктами жизнедеятельности  организмов.

Биотический круговорот. Главная функция биосферы заключается  в обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический  круговорот осуществляется при участии  всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ  между почвой, атмосферой, гидросферой  и живыми организмами. Благодаря  биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных  химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами – гетеротрофами –  разрушается, с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов. Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит  циркуляции воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится  на многие километры. Выпадая на поверхность  суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется около 1 млрд. т воды. Энергия, затрачиваемая на испарение воды, возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между Мировым океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой природой.

Раздел  №2. Некоторые экологические аспекты  нефтяных и газовых загрязнений  и пути их предотвращения.

Азо́т — элемент главной подгруппы пятой группы второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 7.

Сам по себе атмосферный  азот достаточно инертен, чтобы оказывать  непосредственное влияние на организм человека и млекопитающих. Тем не менее, при повышенном давлении он вызывает наркоз, опьянение или удушье (при  недостатке кислорода); при быстром  снижении давления азот вызывает кессонную  болезнь.  Многие соединения азота  очень активны и нередко токсичны. Диоксид азота сильно раздражает слизистые оболочки дыхательных  путей. Вдыхание ядовитых паров диоксида азота может привести к серьезному отравлению. Диоксид азота вызывает сенсорные, функциональные и патологические эффекты. К сенсорным эффектам можно  отнести обонятельные и зрительные реакции организма на воздействие NO2. Даже при малых концентрациях, составляющих всего 0,23 мг/м3, человек  ощущает присутствие этого газа. Эта концентрация является порогом  обнаружения диоксида азота. Однако способность организма обнаруживать NO2 пропадает после 10 минут вдыхания, но при этом ощущается чувство  сухости и першения в горле. Хотя и эти признаки исчезают при продолжительном  воздействии газа в концентрации, в 15 раз превышающей порог обнаружения. Таким образом, NO2 ослабляет обоняние.

Но диоксид  азота воздействует не только на обоняние, но и ослабляет ночное зрение –  способность глаза адаптироваться к темноте. Этот эффект же наблюдается  при концентрации 0,14 мг/м3, что, соответственно, ниже порога обнаружения.

Функциональным  эффектом, вызываемым диоксидом азота, является повышенное сопротивление  дыхательных путей. Иными словами, NO2 вызывает увеличение усилий, затрачиваемых  на дыхание. Эта реакция наблюдалась  у здоровых людей при концентрации NO2 всего 0,056 мг/м3, что в четыре раза ниже порога обнаружения. А люди с  хроническими заболеваниями легких испытывают затрудненность дыхания  уже при концентрации 0,038 мг/м3.

Патологические  эффекты проявляются в том, что NO2 делает человека более восприимчивым  к патогенам, вызывающим болезни  дыхательных путей. У людей, подвергшихся воздействию высоких концентраций диоксида азота, чаще наблюдаются катар  верхних дыхательных путей, бронхиты, круп и воспаление легких. Люди, страдающие хроническими заболеваниями дыхательных  путей (эмфиземой легких, астмой) и  сердечно-сосудистыми болезнями, могут  быть более чувствительны к прямым воздействиям NO2. У них легче развиваются  осложнения (например, воспаление легких) при кратковременных респираторных  инфекциях.