I. Wernadskijs Lehre von der Biosphäre

Russische Wissenschaftler haben im 20. Jahrhundert einen großen Beitrag zur Entwicklung der Biologie geleistet. Die russische biologische Schule hat ruhmreiche Traditionen. Das erste wissenschaftliche Modell der Entstehung des Lebens wurde von A.I. Oparin. IN UND. Wernadskij war Schüler des herausragenden Bodenkundlers V.V. Dokuchaev, der die Theorie vom Boden als einer Art Hülle der Erde entwickelt hat, die ein einziges Ganzes ist, das lebende und nicht lebende Komponenten umfasst. Im Wesentlichen war die Lehre von der Biosphäre eine Fortsetzung und Erweiterung von Dokuchaevs Ideen auf einen breiteren Realitätsbereich.

Die Bedeutung von Wernadskijs Biosphärenlehre für die Ökologie wird dadurch bestimmt, dass die Biosphäre höchstes Level das Zusammenspiel von Lebenden und Nichtlebenden und das globale Ökosystem. Daher gelten Vernadskys Ergebnisse für alle Ökosysteme und sind eine Verallgemeinerung des Wissens über die Entwicklung unseres Planeten.

Der Begriff „Biosphäre“ wurde 1875 vom österreichischen Geologen E. Süß in die Wissenschaft eingeführt. Er identifizierte vier geologische Schalen der Erde: Atmosphäre Lufthülle, Hydrosphäre- Wasserschale, Lithosphäre- Hartschale und Biosphäre- eine lebende Hülle. IN UND. Wernadskij, der die Interaktion von lebenden und unbelebten Systemen untersuchte, überdacht das Konzept der Biosphäre. Er verstand die Biosphäre als die Sphäre der Einheit des Lebendigen und des Nichtlebenden.

Unter der Biosphäre Wernadski hat verstanden eine dünne Hülle der Erde, in der alle Prozesse unter dem direkten Einfluss lebender Organismen ablaufen. Die Biosphäre befindet sich am Übergang von Lithosphäre, Hydrosphäre und Atmosphäre. In der Atmosphäre werden die oberen Grenzen des Lebens durch den Ozonschirm bestimmt - eine dünne Ozonschicht in einer Höhe von etwa 20 km. Der Ozean ist bis auf den Grund der tiefsten Senken 10-11 km entfernt von Leben bewohnt. Das Leben dringt bis zu 3 km in die harte Schale der Erde (Bakterien in Ölfeldern) ein.

Seine Schlussfolgerungen über den Aufbau und die Funktionen der Biosphäre präsentierte er in Form empirischer Verallgemeinerungen, die später als Biosphärenlehre bezeichnet wurden. Die wichtigsten empirischen Verallgemeinerungen von Wernadskij sehen wie folgt aus:

1. Die erste Schlussfolgerung aus der Biosphärenlehre ist das Prinzip der Integrität der Biosphäre. "Man kann von allem Leben sprechen, von allem Lebendigen als einem einzigen Ganzen im Mechanismus der Biosphäre." Die Struktur der Erde ist nach Vernadsky ein koordinierter Mechanismus. "Die Geschöpfe der Erde sind die Schöpfung eines komplexen kosmischen Prozesses, ein notwendiger und natürlicher Teil eines harmonischen kosmischen Mechanismus." Lebende Materie selbst ist keine zufällige Schöpfung.

2. Das Harmonieprinzip der Biosphäre und ihrer Organisation. In der Biosphäre, so Wernadskij, „wird alles mit der gleichen Präzision, mit der gleichen Mechanik und mit der gleichen Unterwerfung unter Maß und Harmonie, die wir in den harmonischen Bewegungen der Himmelskörper sehen und beginnen, in Betracht gezogen und angepasst siehe in Systemen von Atomen der Materie und Atomen der Energie“.

3. Das Gesetz der biogenen Migration von Atomen: Migration in der Biosphäre chemische Elemente erfolgt unter obligatorischer direkter Beteiligung lebender Organismen. Die Biosphäre repräsentiert in ihren Grundzügen ein und denselben chemischen Apparat aus den ältesten geologischen Epochen. Das Antlitz der Erde wird tatsächlich vom Leben geformt.

4. Die kosmische Rolle der Biosphäre bei der Energieumwandlung. Wernadskij betonte die Bedeutung von Energie und nannte lebende Organismen die Mechanismen der Energieumwandlung.

5. Die kosmische Energie bewirkt den Lebensdruck, der durch die Fortpflanzung erreicht wird. Die Vermehrung von Organismen nimmt mit zunehmender Zahl ab. Die Bevölkerungsgröße nimmt zu, solange die Umwelt ihrem weiteren Wachstum standhält. Danach ist ein Gleichgewicht erreicht. Die Zahl schwankt in der Nähe des Gleichgewichtsniveaus.

6. Die Ausbreitung des Lebens ist eine Manifestation seiner geochemischen Energie. Lebende Materie breitet sich wie Gas nach dem Trägheitsgesetz über die Erdoberfläche aus. Kleine Organismen vermehren sich viel schneller als große. Die Übertragungsrate von Leben hängt von der Dichte der lebenden Materie ab.

7. Das Leben wird vollständig vom Bereich der Nachhaltigkeit der grünen Vegetation und den Grenzen des Lebens bestimmt - physikochemischen Eigenschaften Verbindungen, die den Körper aufbauen, ihre Unzerstörbarkeit unter bestimmten Umweltbedingungen. Das maximale Lebensfeld wird durch die extremen Grenzen des Überlebens von Organismen bestimmt. Die Obergrenze des Lebens wird durch Strahlung bestimmt, deren Vorhandensein Leben tötet und vor der der Ozonschild schützt. Die untere Grenze ist mit dem Erreichen einer hohen Temperatur verbunden. Das Intervall von 433 0 С (von minus 252 0 С bis plus 180 0 С) ist das begrenzende thermische Feld.

8. Die Allgegenwart des Lebens in der Biosphäre. Das Leben, das sich langsam anpasste, eroberte die Biosphäre, und diese Eroberung endete nicht. Das Feld der Stabilität des Lebens ist das Ergebnis der Fitness im Laufe der Zeit.

9. Die Konstanz der Menge an lebender Materie in der Biosphäre. Die Menge an freiem Sauerstoff in der Atmosphäre liegt in der gleichen Größenordnung wie die Menge an lebender Materie (1,5 x 10 21 g und 10 20 -10 21 g). Diese Verallgemeinerung ist innerhalb bedeutender geologischer Zeiträume gültig und folgt aus der Tatsache, dass lebende Materie ein Vermittler zwischen Sonne und Erde ist und daher entweder ihre Menge konstant sein muss oder sich ihre Energieeigenschaften ändern müssen.

In der Struktur der Biosphäre identifizierte Vernadsky fünf Elemente: 1) lebende Materie - die Gesamtheit der lebenden Organismen auf dem Planeten; 2) ohne Beteiligung des Lebens gebildete inerte Substanz; 3) biogene Substanz, die im Lebensprozess von Organismen entsteht (Öl, Kohle, atmosphärische Gase, Kalkstein usw.); 4) bioinerte Substanz - das Ergebnis der Interaktion lebender Organismen mit der unbelebten Umwelt (Boden, Schlick, Seewasser); 5) Substanz kosmischen Ursprungs.

Wie aus der Biosphärenlehre hervorgeht, erfüllt es die folgenden Funktionen: 1) Energie - Pflanzen absorbieren bei der Photosynthese die Energie der Sonne; 2) Gas - bei der Photosynthese wird Kohlendioxid absorbiert und Sauerstoff freigesetzt, beim Atmen hingegen wird Sauerstoff aufgenommen und Kohlendioxid freigesetzt, molekularer Stickstoff wird auch aus der Atmosphäre aufgenommen und dann in die Atmosphäre freigesetzt der Denitrifikationsprozess; 3) Redox - in der Biosphäre kommt es zu einer Umwandlung von Atomen mit einer Valenzänderung (z. B. Metallverbindungen); 4) Konzentration - lebende Organismen akkumulieren Elemente des Periodensystems in ihren Körpern, wodurch nach ihrem Absterben beispielsweise Mineralien gebildet werden; 5) destruktiv - Zersetzung der Überreste toter Organismen und deren Mineralisierung.

II. Der Stoffkreislauf der Biosphäre

Es wird angenommen, dass es in der Natur zwei Hauptkreisläufe gibt - große (geologische) und kleine (biogeochemische).

1. Große geologische Zirkulation durch die Wechselwirkung der Sonnenenergie mit der Tiefenenergie der Erde und realisiert die Umverteilung der Materie zwischen der Biosphäre und den tieferen Horizonten der Erde. Eruptivgesteine ​​steigen durch vulkanische Aktivität und Plattenbewegungen aus dem Erdinneren auf, verwandeln sich an der Oberfläche in Sedimentgesteine ​​und sinken dann in mobilen Zonen wieder in eine Zone hoher Temperaturen ab, wo sie wieder zu Magma geschmolzen werden. Und die Bewegung wird noch einmal wiederholt. Auch der Wasserkreislauf gehört zum großen Kreislauf: Von der Meeresoberfläche verdunstete Feuchtigkeit regnet über Land, von wo das Wasser zurück ins Meer fließt.

1. Kleiner Stoffkreislauf (biogeochemisch) findet innerhalb der Biosphäre statt, bewegt von Lebewesen. Im Gegensatz zu Energie, die einst vom Körper verbraucht, in Wärme umgewandelt und für das Ökosystem verloren geht, zirkulieren Stoffe in der Biosphäre, die als biogeochemische Kreisläufe bezeichnet werden. Von den etwa 90 in der Natur vorkommenden Elementen werden etwa 40 von lebenden Organismen benötigt. Die für sie wichtigsten und in großen Mengen benötigten sind Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff. Durch die Photosynthese gelangt Sauerstoff in die Atmosphäre und wird von Organismen während der Atmung verbraucht. Stickstoff wird der Atmosphäre durch die Aktivität stickstofffixierender Bakterien entzogen und von anderen Bakterien wieder in diese zurückgeführt.

Die Element- und Stoffkreisläufe werden durch selbstregulierende Prozesse vollzogen, an denen alle Bestandteile von Ökosystemen beteiligt sind. Diese Prozesse sind abfallfrei, da es in der Natur nichts Unnützes oder Schädliches gibt.

Es gibt ein Gesetz der globalen Schließung des biogeochemischen Kreislaufs in der Biosphäre, das in allen Stadien seiner Entwicklung wirkt, sowie eine Regel, um die Schließung des biogeochemischen Kreislaufs während der Sukzession zu verstärken. Im Zuge der Evolution der Biosphäre nimmt die Rolle der biologischen Komponente bei der Schließung des biogeochemischen Kreislaufs zu. Der Mensch spielt eine noch größere Rolle im biogeochemischen Kreislauf. Aber seine Rolle wird in die entgegengesetzte Richtung ausgeführt. Ein Mensch verletzt die bestehenden Stoffkreisläufe, und dies manifestiert seine geologische Kraft, die gegenüber der heutigen Biosphäre destruktiv ist.

Als vor mehr als 3 Milliarden Jahren Leben auf der Erde auftauchte, bestand die Atmosphäre aus vulkanischen Gasen. Es hatte viel Kohlendioxid und sehr wenig Sauerstoff (wenn überhaupt), also waren die ersten Organismen anaerob. Da die Produktion im Durchschnitt die Atmung überstieg, reicherte sich im Laufe der geologischen Zeit Sauerstoff in der Atmosphäre an und der Kohlendioxidgehalt nahm ab. Nun steigt der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre durch die Verbrennung großer Mengen fossiler Brennstoffe und die Verringerung der Aufnahmefähigkeit des „Grünen Bandes“. Letzteres ist das Ergebnis einer Abnahme der Anzahl grüner Pflanzen selbst und auch darauf zurückzuführen, dass Staub und Schadstoffe in der Atmosphäre die in die Atmosphäre eintretenden Strahlen reflektieren.

Durch anthropogene Aktivität nimmt der Grad der Geschlossenheit biogeochemischer Kreisläufe ab. Er ist zwar recht hoch (ist für verschiedene Elemente und Stoffe nicht gleich), aber dennoch nicht absolut, wie das Beispiel der Entstehung einer Sauerstoffatmosphäre zeigt. Andernfalls wäre eine Evolution unmöglich, da in tropischen Ökosystemen der höchste Grad an Geschlossenheit biogeochemischer Kreisläufe beobachtet wird - den ältesten und konservativsten.

Wir sollten also nicht über die Veränderung des Menschen sprechen, was sich nicht ändern sollte, sondern über seinen Einfluss auf die Geschwindigkeit und Richtung von Veränderungen und auf die Ausdehnung ihrer Grenzen, was gegen die Maßregel der Transformation der Natur verstößt. Letzteres ist wie folgt formuliert: Beim Betrieb natürlicher Systeme dürfen bestimmte Grenzen nicht überschritten werden, die es diesen Systemen ermöglichen, autarke Eigenschaften beizubehalten. Ein Verstoß gegen die Maßnahme, sowohl nach oben als auch nach unten, führt zu negativen Ergebnissen. So ist beispielsweise ein Übermaß an ausgebrachtem Dünger genauso schädlich wie ein Mangel. Dieses Augenmaß hat der moderne Mensch verloren, der glaubt, dass ihm alles in der Biosphäre erlaubt ist.

Hoffnungen auf die Überwindung von Umweltproblemen sind insbesondere mit der Entwicklung und Inbetriebnahme geschlossener Technologiekreisläufe verbunden. Von Menschenhand geschaffene Stoffkreisläufe werden als wünschenswert erachtet, ähnlich den natürlichen Stoffkreisläufen gestaltet zu sein. Dann wären die Probleme der Versorgung der Menschheit mit unersetzlichen Ressourcen und das Problem des Schutzes der natürlichen Umwelt vor Verschmutzung gleichzeitig gelöst, da jetzt nur noch 1-2% des Gewichts natürliche Ressourcen im Endprodukt recycelt.

Theoretisch sind geschlossene Stoffumwandlungskreisläufe möglich. Die vollständige und endgültige Umstrukturierung der Industrie nach dem Prinzip des Stoffkreislaufs in der Natur ist jedoch nicht real. Zumindest eine vorübergehende Verletzung der Geschlossenheit des technologischen Kreislaufs ist nahezu unvermeidlich, beispielsweise bei der Herstellung eines Kunststoffs mit neuen, der Natur unbekannten Eigenschaften. Ein solcher Stoff wird zunächst umfassend in der Praxis getestet, und erst dann können Methoden seines Abbaus zum Zwecke der Einbringung entwickelt werden Komponenten in natürliche Kreisläufe.

33. Biosphäre - Definition. Einlernen. I. Vernadsky über die Biosphäre.

Der Begriff "Biosphäre" wurde von einem österreichischen Geologen geprägt E. Süß im Jahr 1875, um die von lebenden Organismen bewohnte Hülle der Erde zu bezeichnen.

Die Biosphäre wird in den Werken von Vladimir Ivanovich Vernadsky tiefer und breiter präsentiert.

BIOSPHÄRE ist ein Container des Lebens, ein komplexes, ganzheitliches System, dessen dynamisches Gleichgewicht sich in vielen Parametern manifestiert. Das Wort „Biosphäre“ selbst kommt aus den Wörtern „Bio“ und „Sphäre“ - dies ist ein Bereich des aktiven Lebens, der den unteren Teil der Atmosphäre, den oberen Teil der Lithosphäre und die Hydrosphäre umfasst.

In der Biosphäre sind lebende Organismen (lebende Materie) und der Lebensraum organisch miteinander verbunden und interagieren miteinander und bilden ein integrales dynamisches System.

W. I. Vernadsky schrieb: „ Biosphäre - das ist die Umgebung unseres Lebens, das ist die "Natur", über die wir in der Umgangssprache sprechen. Ein Mensch ist vor allem durch seine Atmung, die Manifestation seiner Funktionen, untrennbar mit dieser „Natur“ verbunden, auch wenn er in einer Stadt oder in einem abgelegenen Haus lebte.

"Der Mensch ... wie alle lebenden Organismen, wie jede lebende Substanz, ist eine bestimmte Funktion der Biosphäre ... bildet eine bestimmte Regelmäßigkeit in der Struktur der Biosphäre."

BIOSPHÄRE - ist die Gesamtheit aller Lebewesen in der Natur, die ihre eigenen Grenzen hat.

Die Hauptideen von Wernadskij zu den Problemen der Biosphäre wurden zu Beginn des letzten Jahrhunderts gebildet. Vernadsky betrachtete die Biosphäre als einen Lebensbereich, dessen Grundlage das Zusammenspiel von lebenden und inerten Substanzen ist. Die Biosphäre selbst ist ein Produkt der langen Entwicklung unseres Planeten.

Der Wissenschaftler betrachtete das Hauptmerkmal der Biosphäre in der Wanderung von Atomen chemischer Verbindungen, die durch die Energie der Sonne verursacht werden und sich im Stoffwechsel, Wachstum und der Fortpflanzung von Organismen manifestieren.

Diese biogene Migration gehorcht zwei biogeochemischen Prinzipien:

1) strebt nach maximaler Manifestation - es gibt eine "Allgegenwart" des Lebens;

2) führt zum Überleben von Organismen, die die biologische Wanderung von Atomen erhöhen.

Davon ausgehend können wir sagen BIOSPHÄRE - Dies ist ein Bereich der Erdkruste, der von Transformatoren besetzt ist, die kosmische Energie in Erdenergie umwandeln - elektrisch, chemisch, mechanisch, thermisch usw.

Die Biosphäre umfasst:

1) lebende Organismen;

2) biogene Substanz (Kohle, Öl, Kalkstein usw., fossile Materialien, organisch);

3) inerte Substanz (lebende Materie nimmt nicht an ihrer Bildung teil);

4) bioinerte Substanz (mit Hilfe lebender Organismen hergestellt);

5) Substanz kosmischen Ursprungs.

Im Allgemeinen werden wir die Biosphäre anhand der einzelnen Hüllen charakterisieren, die sie umfasst.

ATMOSPHÄRE.

Seine Länge beträgt 2-3 Tausend km. Die Lebensgrenze reicht bis zu 10 km (Sporen von Pilzen und Bakterien finden sich in einer Höhe von bis zu 20 km). Die Atmosphäre besteht aus Muscheln: Troposphäre, Stratosphäre und Ionosphäre.

TROPOSPHÄRE- die untere Schicht der Atmosphäre mit einer Höhe von 15 km enthält in der Luft schwebenden Wasserdampf, der sich mit einer ungleichmäßigen Erwärmung der Erdoberfläche vermischt.

STRATOSPHÄRE- eine über der Troposphäre liegende Schicht bis zu einer Höhe von 40 km. Im oberen Teil verwandelt sich freier Sauerstoff in Ozon, das einen Schirm bildet, der kosmische Strahlung und kurzwellige ultraviolette Strahlen der Sonne absorbiert, die für Lebewesen zerstörerisch sind.

IONOSPHÄRE- die über der Stratosphäre gelegene Schicht, in der verdünnte Gase vorherrschen.

LITHOSPHÄRE.

Seine Länge beträgt 30-70 km und die Grenzen des Lebens betragen 6-8 m (bis zu 100 m). Dies ist die harte Steinschale der Erde. Der obere Teil der Lithosphäre besteht aus Sedimentgesteinen. Darunter befinden sich Granit- und Basaltschichten. Auf der Oberfläche der Lithosphäre befindet sich Boden - die Erdschicht, die durch Atmosphäre und Organismen verändert wird. Die Reste lebender Organismen werden im Boden von Zersetzern zersetzt, die chemische Elemente einschließen, die von Grünpflanzen in den Kreislauf aufgenommen werden. Pflanzen spielen eine kosmische Rolle und vermitteln zwischen der Sonne und allem Leben auf der Erde, da sie Sauerstoff freisetzen und organisches Material synthetisieren.

HYDROSPHÄRE.

Nimmt 70% der Erdoberfläche ein, seine Länge beträgt 11 km (Marianagraben).

Dies ist die wässrige Hülle der Erde, die sich zwischen der Atmosphäre und der Erdkruste befindet. Die Weltmeere haben eine durchschnittliche Tiefe von 3,8 km, die maximale Tiefe beträgt bis zu 11 km, darin sind Verbindungen von bis zu 100 chemischen Elementen gelöst und, was für Tiere und Pflanzen besonders wichtig ist, Sauerstoff und Kohlendioxid. Lebende Organismen, die die Ozeane bewohnen, werden unterteilt in Plankton und Benthos.Plankton- bewohnt die Wassersäule und Benthos- unten befestigt. Das Meer hat einen großen Einfluss auf das Klima – es mildert Hitze und Kälte. Am Boden werden Sedimentgesteine ​​abgelagert.

Biosphäre ist ein selbstregulierendes System, in dem alle lebenden Organismen miteinander verbunden sind. Dieses System wurde über Hunderttausende von Jahren gebildet und hatte drei Entwicklungsstufen:

1) das Unterpaläolithikum, in dem die Hauptbildung der Biomasse des Planeten stattfand - das Jungpaläolithikum;

2) vom Jungpaläolithikum bis zum Beginn unseres Jahrtausends. Dies ist die Zeit, in der das Eingreifen einer Person, die sich selbst für ein höchstes Wesen hält, zur ersten großen ökologischen Krise führte, die zum Aussterben vieler Großtierarten führte;

3) Entwicklung des wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts und irrationale Nutzung der natürlichen Ressourcen. Es dauert bis heute an.

Große Leistungen in den Naturwissenschaften wurden von V.I. Wernadski. Er hat viele Werke und wurde der Begründer der Biogeochemie - einer neuen wissenschaftlichen Richtung. Es basiert auf der Theorie der Biosphäre, die auf der Rolle der lebenden Materie in geologischen Prozessen basiert.

Die Essenz der Biosphäre

Heutzutage gibt es mehrere Konzepte der Biosphäre, von denen das wichtigste folgende ist: Die Biosphäre ist die Umgebung für die Existenz aller lebenden Organismen. Das Gebiet bedeckt den größten Teil der Atmosphäre und endet am Beginn der Ozonschicht. Auch die gesamte Hydrosphäre und ein Teil der Lithosphäre sind in der Biosphäre enthalten. Aus dem Griechischen übersetzt bedeutet das Wort "Kugel" und in diesem Raum leben alle lebenden Organismen.

Der Wissenschaftler Vernadsky glaubte, dass die Biosphäre eine organisierte Sphäre des Planeten ist, die mit Leben in Kontakt steht. Er hat als erster eine ganzheitliche Lehre geschaffen und das Konzept der "Biosphäre" enthüllt. Die Arbeit des russischen Wissenschaftlers begann 1919, und bereits 1926 stellte das Genie der Welt sein Buch "Biosphäre" vor.

Die Biosphäre ist nach Vernadsky ein Raum, ein Gebiet, ein Ort, der aus lebenden Organismen und ihrem Lebensraum besteht. Außerdem hielt der Wissenschaftler die Biosphäre für abgeleitet. Er argumentierte, dass es sich um ein planetarisches Phänomen mit kosmischem Charakter handelt. Ein Merkmal dieses Weltraums ist die "lebende Materie", die den Weltraum bewohnt und unserem Planeten ein einzigartiges Aussehen verleiht. Unter lebender Materie verstand der Wissenschaftler alle lebenden Organismen des Planeten Erde. Vernadsky glaubte, dass verschiedene Faktoren die Grenzen und Entwicklung der Biosphäre beeinflussen:

• lebende Materie;
• Sauerstoff;
• Kohlendioxid;
• flüssiges Wasser.

Diese Umgebung, in der sich das Leben konzentriert, kann durch hohe und niedrige Lufttemperaturen eingeschränkt werden, Mineralien und zu salziges Wasser.

Zusammensetzung der Biosphäre nach Vernadsky

Ursprünglich glaubte Wernadski, dass die Biosphäre aus sieben verschiedenen Substanzen besteht, die geologisch miteinander verwandt sind. Diese beinhalten:

• lebende Materie - dieses Element besteht aus enormer biochemischer Energie, die durch die kontinuierliche Geburt und den Tod lebender Organismen entsteht;
• bioinerte Substanz - von lebenden Organismen erzeugt und verarbeitet. Zu diesen Elementen gehören Boden, fossile Brennstoffe usw .;
• inerte Substanz - bezieht sich auf die unbelebte Natur;
• biogene Substanz - eine Reihe lebender Organismen, zum Beispiel Wald, Feld, Plankton. Durch ihren Tod entstehen biogene Gesteine;
• radioaktive Substanz;
• kosmische Materie - Elemente von kosmischem Staub und Meteoriten;
• gestreute Atome.

Wenig später kam der Wissenschaftler zu dem Schluss, dass die Biosphäre auf lebender Materie basiert, worunter die Gesamtheit der Lebewesen verstanden wird, die mit unbelebter Knochensubstanz interagieren. Auch in der Biosphäre gibt es eine biogene Substanz, die mit Hilfe von lebenden Organismen erzeugt wird, und dies sind hauptsächlich Gesteine ​​und Mineralien. Darüber hinaus umfasst die Biosphäre bioinerte Materie, die durch die Vernetzung von Lebewesen und inerten Prozessen entstanden ist.

Biosphäreneigenschaften

Wernadskij untersuchte sorgfältig die Eigenschaften der Biosphäre und kam zu dem Schluss, dass die Grundlage für das Funktionieren des Systems der endlose Kreislauf von Stoffen und Energie ist. Diese Prozesse sind nur durch die Aktivität eines lebenden Organismus möglich. Lebewesen (Autotrophe und Heterotrophe) erzeugen im Laufe ihrer Existenz die notwendigen chemischen Elemente. Mit Hilfe von Autotrophen wird also Energie umgewandelt Sonnenlicht in chemische Verbindungen. Heterotrophe wiederum verbrauchen die erzeugte Energie und führen zur Zerstörung von organischer Substanz zu mineralischen Verbindungen. Letztere sind die Grundlage für die Bildung neuer organischer Substanzen durch Autotrophe. Es gibt also einen zyklischen Stoffkreislauf.

Dem biologischen Kreislauf ist es zu verdanken, dass die Biosphäre ein sich selbst erhaltendes System ist. Die Zirkulation chemischer Elemente ist grundlegend für lebende Organismen und ihre Existenz in Atmosphäre, Hydrosphäre und Boden.

Die wichtigsten Bestimmungen der Biosphärenlehre

Die wichtigsten Bestimmungen der Doktrin Vernadsky skizziert in den Werken "Biosphäre", "Lebensraum", "Biosphäre und Raum". Der Wissenschaftler skizzierte die Grenzen der Biosphäre, einschließlich der gesamten Hydrosphäre, zusammen mit den ozeanischen Tiefen, der Erdoberfläche ( obere Schicht Lithosphäre) und einen Teil der Atmosphäre auf das Niveau der Troposphäre. Die Biosphäre ist ein integrales System. Wenn eines seiner Elemente stirbt, kollabiert die Biosphärenhülle.

Wernadskij war der erste Wissenschaftler, der anfing, das Konzept der "lebenden Substanz" zu verwenden. Er definierte das Leben als eine Phase in der Entwicklung der Materie. Es sind lebende Organismen, die andere Prozesse, die auf dem Planeten stattfinden, unterwerfen.

Zur Charakterisierung der Biosphäre argumentierte Wernadskij die folgenden Bestimmungen:

• die Biosphäre ist ein organisiertes System;
• lebende Organismen sind der dominierende Faktor auf dem Planeten, und sie haben den gegenwärtigen Zustand unseres Planeten geprägt;
• Das irdische Leben wird von kosmischer Energie beeinflusst

Damit legte Wernadski die Grundlagen der Biogeochemie und der Biosphärenlehre. Viele seiner Aussagen sind heute relevant. Moderne Wissenschaftler studieren weiterhin die Biosphäre, verlassen sich aber auch selbstbewusst auf die Lehren von Wernadski. Das Leben in der Biosphäre ist überall verbreitet und überall gibt es Lebewesen, die außerhalb der Biosphäre nicht existieren können.

Ausgabe

Die Werke des berühmten russischen Wissenschaftlers sind auf der ganzen Welt verbreitet und werden in unserer Zeit verwendet. Die breite Anwendung der Lehren Wernadskijs zeigt sich nicht nur in der Ökologie, sondern auch in der Geographie. Dank der Arbeit des Wissenschaftlers ist der Schutz und die Pflege der Menschheit heute zu einer der dringendsten Aufgaben geworden. Leider gibt es von Jahr zu Jahr mehr Umweltprobleme, die in Zukunft die volle Existenz der Biosphäre gefährden. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, die nachhaltige Entwicklung des Systems sicherzustellen und die Entwicklung negativer Auswirkungen auf die Umwelt zu minimieren.

Biosphäre, nach den Lehren des Akademikers V.I. Vernadsky, ist die äußere Hülle der Erde, einschließlich aller lebenden Materie und ihres Verbreitungsgebiets (Lebensraum). Die obere Grenze der Biosphäre ist eine schützende Ozonschicht in der Atmosphäre in einer Höhe von 20-25 km, oberhalb derer durch den Einfluss der ultravioletten Strahlung kein Leben mehr möglich ist. Die untere Grenze der Biosphäre ist: die Lithosphäre bis zu einer Tiefe von 3-5 km und die Hydrosphäre bis zu einer Tiefe von 11-12 km (Abb. 1.3).

Die Bestandteile der Biosphäre: Atmosphäre, Hydrosphäre, Lithosphäre - erfüllen die wichtigsten Funktionen, um das Leben auf der Erde zu sichern.

Die Biosphäre entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren und durchlief mehrere Entwicklungsstadien: vom ersten Kreislauf der organischen Materie bis zum biologischen Kreislauf - ein kontinuierlicher Stoff- und Energieaustausch zwischen lebenden Organismen und der Umwelt während des gesamten Lebens der Organismen und nach ihrer Tod.

Die wichtigsten Bestandteile der Biosphäre sind:

Lebewesen (Pflanzen, Tiere, Mikroorganismen);

Biogene Substanz organischen Ursprungs (Kohle, Torf, Bodenhumus, Öl, Kreide, Kalkstein usw.);

Inerte Substanz (Gestein anorganischen Ursprungs);

Bioinerte Substanz (Zerfalls- und Verarbeitungsprodukte von Gesteinen durch lebende Organismen).

Nach V. I. Wernadskij ist lebende Materie Träger der freien Energie der Biosphäre und wird durch biogene Wanderung von Atomen mit unbelebter Materie in Verbindung gebracht. Die Biomasse der Trockenmasse der lebenden Organismen der Erde, darunter etwa 500.000 Pflanzenarten und 1,5 Millionen Tierarten, ist extrem groß und beträgt etwa 2.4232 * 10 12 Tonnen. Die jährliche Zunahme der lebenden Materie auf der Erde beträgt etwa 8,8 * 10 11 Tonnen Eine große Anzahl von Elementen des oberen Teils der Lithosphäre, Atmosphäre und Hydrosphäre passierten diese lebenden Organismen.

Wichtig in der Beziehung von Organismen ist Lebensmittel— trophischer Faktor(aus dem Griechischen. Trophäe- Lebensmittel). Primäre organische Substanz wird von grünen Pflanzen erzeugt (Hersteller - Hersteller) mit Solarenergie. Sie verbrauchen Kohlendioxid, Wasser, Salze und geben Sauerstoff ab.

Verbraucher (Verbraucher) lässt sich in zwei Ordnungen unterteilen:

I - Organismen, die pflanzliche Lebensmittel essen;

II - Organismen, die sich von tierischer Nahrung ernähren.

Reduzierstücke(Reduktionsmittel) - Organismen, die sich von verrottenden Organismen, Bakterien und Pilzen ernähren. Hier spielen Mikroorganismen eine besonders große Rolle, die organische Reststoffe vollständig zerstören und in Endprodukte (Mineralsalze, Kohlendioxid, Wasser, einfachste organische Stoffe) umwandeln, die in den Boden gelangen und von Pflanzen wieder aufgenommen werden.

Alle Tiere und Pflanzen sind selektiv bei der Zusammensetzung der Nahrung, je nach Bedarf an bestimmten Mineralstoffen. Tiere und Pflanzen sind notwendige Umweltfaktoren im Verhältnis zu anderen Tieren und Pflanzen, sie sind wechselseitig notwendig.

Jeder Organismus ist daran angepasst, innerhalb ziemlich enger Grenzen von Änderungen der Umweltbedingungen zu existieren, und das Austreten von Umweltparametern über die festgelegten Grenzen hinaus bringt die Unterdrückung der lebenswichtigen Aktivität dieser Art oder ihren Tod mit sich. Die Grenzen der Verbreitung eines Organismus (Fläche) werden durch die Beachtung der notwendigen Anforderungen des gegebenen Organismus an die Bedingungen (Faktoren) der Umwelt bestimmt. Jede Art nimmt den Platz ein, der durch ihre Ansprüche an Territorium, Nahrung, Fortpflanzung und andere Körperfunktionen bestimmt wird. Diese Reihe von Parametern des Lebensraums der Art, der Platz, den sie in der Biosphäre einnimmt, heißt ökologische Nische. Alle Faktoren in der ökologischen Nische sind miteinander verknüpft: Eine Veränderung in einem von ihnen zieht eine Veränderung in anderen nach sich.

Die Anpassungsfähigkeit lebender Organismen an Umwelteinflüsse ist gekennzeichnet durch ökologische Wertigkeit, oder Plastizität.

Lebende Organismen stehen in ständiger Wechselwirkung mit der Umwelt, die aus vielen Phänomenen, Bedingungen und Elementen besteht, die sich in Zeit und Raum ändern. Umweltfaktoren der Umwelt. Dies sind alle Umweltbedingungen, die sich lang- oder kurzfristig auf lebende Organismen auswirken und auf diese Einflüsse mit Anpassungsreaktionen reagieren. Sie sind unterteilt in abiotisch(Faktoren unbelebter Natur) und biotisch(Faktoren der lebendigen Natur). Die heute verabschiedete Version der Klassifikation der Umweltumweltfaktoren wird vorgestellt in Tab. 1.2.

Die Merkmale der wichtigsten abiotischen Faktoren, die bei der Restaurierung von Baudenkmälern berücksichtigt werden müssen, sind in Anhang 1.1. Dies ist die Zusammensetzung der Atmosphäre; das Verhältnis der Punkte einer seismischen 12-Punkte-Skala zur Stärke von Erdbeben; seismische Skala; Windstärkeskala.

Biotische Umweltfaktoren bestimmen die Verwandtschaft von Organismen. Diese Faktoren werden in diesem Fall als trophisch bezeichnet, d.h. Lebensmittel.

Umweltfaktoren unter dem Einfluss neu gewonnener Chemikalien, die nicht in der Natur vorkommen, und vom Menschen geschaffene Komponenten haben sich stark verändert. Schadstoffe treten auf, was zu einer Störung der saprophytischen (Aufrechterhaltung des Gleichgewichts im Ökosystem) in der natürlichen Umwelt führt. Dies geht oft mit dem Tod von Tieren und Pflanzen einher, führt zu Funktionsstörungen, zum Tod aller Lebewesen und zur Verödung der Erde. Die vorherrschenden Arten in der Mikrobiota werden Pathogene Mikroorganismen die als biologische Schadstoffe klassifiziert werden können. Die Zusammensetzung der Atmosphäre ändert sich negativ und die Aggressivität von Grundwasser und Grundwasser nimmt zu. Der Planet erlebt eine Erwärmung, eine Verletzung der Ozonschicht und saure Regenfälle werden häufiger.

Alle diese Faktoren wirken sich nicht nur auf lebende Organismen (einschließlich des Menschen) aus, sondern auch auf Denkmäler, und die Nichtbeachtung auch nur eines von ihnen kann die Qualität der Restaurierung beeinträchtigen und sogar zur Zerstörung des Denkmals führen.

Lebende Organismen in der Natur existieren in der Form Bevölkerung - historisch gebildete natürliche Aggregate von Individuen einer bestimmten Art, verbunden durch Beziehungen und Anpassung in einem bestimmten Gebiet oder einem anderen Lebensraum (Biotop). Unter natürlichen Bedingungen sind Anzahl und Dichte der Bevölkerung kein Zufall, sie werden durch regulatorische (lenkende) Umweltfaktoren bestimmt. Die Fähigkeit der Umwelt, das normale Funktionieren eines Organismus oder einer Population aufrechtzuerhalten, wird als . bezeichnet ecosi-KapazitätStämme.

Ökosystem (Ökosystem) Ist eine Reihe von miteinander verbundenen und voneinander abhängigen Zusammenleben verschiedene Typen Organismen und Bedingungen ihrer Existenz. Das Ökosystem ist vernetzt Biozönose(Gemeinschaft lebender Organismen) und Biotop(Lebensraum). Die wichtigsten Arten von natürlichen Ökosystemen auf der Welt sind aufgelistet auf Reis. 1.4.

Akademiemitglied V. N. Sukatschew schlug das Konzept vor Biogeozänose(aus dem Griechischen. bios- Leben, Gaia - Erde, Zönose - allgemein) - das natürliche System lebender Organismen und ihre umgebende abiotische Umgebung, die mit dem Austausch von Stoffen, Energie und Informationen verbunden ist. Heute gelten die Begriffe "Ökosystem" und "Biogeozenose" praktisch als Synonyme.

Die Biogeozenose umfasst:

Pflanzenkomponente (Phytozönose);

Tierkomponente (Zoozönose);

Mikroorganismen (Mikrobiozönose);

Boden und Boden-Grundwasser bilden im Zusammenspiel mit pflanzlichen, tierischen Bestandteilen und Mikroorganismen edaphotop;

Eine Atmosphäre, die in Wechselwirkung mit anderen Komponenten ein Klimatop bildet;

Die unbelebte Natur, die eine träge Substanz ist, ist ein Ökotop.

Eine Biogeozenose ist somit eine räumlich isolierte, integrale elementare Einheit der Biosphäre, deren alle Bestandteile eng miteinander verbunden sind. Die Hauptkomponenten der Biogeozenose sind drei Gruppen von Organismen - Pflanzen, Tiere und Mikroben, mit deren Hilfe sich Substanzen von einer Komponente zur anderen bewegen, was ein bekanntes allgemeines Muster widerspiegelt Stoffzirkulation in der Natur.

Ökologische Komponenten der Biogeozenose(oder landschafts- oder umweltbildende Komponenten) in der Ökologie gelten als die wichtigsten stofflichen und energetischen Komponenten ökologischer Systeme. Für sie, laut N.F. Reimers (Abbildung 1.5.), umfassen: Energie, Gaszusammensetzung (Atmosphäre), Wasser (flüssige Komponente), Bodensubstrat, autotrophe Produzenten (Pflanzen) und Organismen - heterotrophe (Konsumenten und Reduzierer). Heute werden dieser Liste der Umweltkomponenten Informationen hinzugefügt.

Gleichzeitig sind alle ökologischen Komponenten natürliche Ressourcen, deren Qualität die Lebensqualität des Menschen bestimmt, und anthropogene Störungen ihrer Interaktionen können diese Qualität mindern.

In realen Ökosystemen ist der Kreislauf meist offen, da einige der Stoffe das Ökosystem verlassen und andere von außen kommen. Aber im Allgemeinen bleibt das Zirkulationsprinzip in der Natur erhalten. Einfachere Ökosysteme sind zu einem gemeinsamen planetarischen Ökosystem (Biosphäre) vereint, in dem sich der Stoffkreislauf voll manifestiert - das Leben auf der Erde entstand vor Milliarden von Jahren, und wenn es keinen geschlossenen Stoffstrom für das Leben gegeben hätte, wären ihre Reserven gewesen längst erschöpft und das Leben hätte aufgehört.

Menschliche Eingriffe wirken sich negativ auf die Kreislaufprozesse aus. Beispielsweise führt die Abholzung oder Störung der Aufnahmeprozesse von Stoffen durch Pflanzen durch Verschmutzung zu einer Abnahme der Intensität der Kohlenstoffaufnahme. Ein Überschuss an organischen Elementen im Wasser, der unter Einwirkung von Industrieabwässern entsteht, führt zu einem Zerfall von Gewässern und zu einem Überverbrauch von im Wasser gelöstem Sauerstoff, was hier die Entwicklung von aeroben (sauerstoffverzehrenden) Bakterien ausschließt. Durch das Verbrennen fossiler Brennstoffe, das Fixieren von atmosphärischem Stickstoff in Produktionsprodukten, das Binden von Phosphor in synthetischen Reinigungsmitteln stört eine Person die Zirkulation dieser Elemente.

Die Zirkulation von Stoffen in der Natur impliziert eine allgemeine Konsistenz von Ort, Zeit und Geschwindigkeit von Prozessen, die auf verschiedenen Ebenen stattfinden - von der Bevölkerung bis zur Biosphäre. Diese Konsistenz von Naturphänomenen heißt ökologisches Gleichgewicht; dieses Gleichgewicht ist mobil, dynamisch.

Im Ökosystem wird (ohne menschliches Eingreifen) ein Gleichgewicht aufrechterhalten, das die irreversible Zerstörung bestimmter Glieder in den trophischen Ketten ausschließt. Ein Mensch beeinflusst im Laufe seiner Tätigkeit ständig das Ökosystem als Ganzes sowie seine einzelnen Verknüpfungen. Dies kann sich in Form des Eintrags neuer Komponenten in das Ökosystem, darunter Schadstoffe, oder der Zerstörung einzelner Komponenten (Abschuss von Tieren, Abholzung etc.) äußern. Nicht immer und nicht sofort führen diese Einflüsse zum Zerfall des Gesamtsystems, zur Verletzung seiner Stabilität. Aber die Erhaltung des Systems bedeutet nicht, dass es unverändert geblieben ist. Das System wandelt sich, und es ist äußerst schwierig, Anzahl und Richtung der eingetretenen Veränderungen einzuschätzen.

Als Ergebnis der menschlichen Produktionstätigkeit ist ein neuer Stoffwechsel- und Energieprozess zwischen Natur und Gesellschaft entstanden (unter Beibehaltung des biologischen Austauschs) - anthropogener Austausch, was die allgemeine planetarische Zirkulation von Substanzen erheblich verändert und sie stark beschleunigt. Der anthropogene Austausch unterscheidet sich vom biotischen Kreislauf durch seine Offenheit, er hat einen offenen Charakter. Am Eingang des anthropogenen Austauschs stehen natürliche Ressourcen, am Ausgang Industrie- und Hausmüll. Die ökologische Unvollkommenheit des anthropogenen Austauschs besteht darin, dass der Koeffizient nützliche Verwendung Die natürlichen Ressourcen sind in der Regel extrem gering und Produktionsabfälle belasten die natürliche Umwelt. Darüber hinaus zersetzen sich viele von ihnen nicht in ihren natürlichen Zustand. Umfang und Geschwindigkeit des anthropogenen Austauschs nehmen stark zu, was zu einer spürbaren Spannung in der Biosphäre führt.

Auf die letzte Etappe Mit der Entwicklung der Biosphäre hat sich die menschliche Aktivität zu einer starken Kraft entwickelt, die die natürliche Umwelt irreversibel und gezielt verändert. Gebildet Biotechnosphäre - eine Folge der sozialen, wissenschaftlichen und technologischen Entwicklung der Menschheit. Die Beziehung zwischen Natur und Mensch ist in vielen Fällen unausgewogen, was zur Unterdrückung der Umwelt (insbesondere zur Zerstörung der architektonischen und historischen Umgebung) führt, was zur Zerstörung der Biosphäre führen kann.

Von Baumeistern geformt neues System kann als natürlich-technogen (PTS) bezeichnet werden. Der Prozess seiner Entstehung führt, wenn er nicht nach ökologischen Komponenten (also nach den Gesetzen der Ökosystementwicklung) angepasst wird, in der Regel zu einer Verletzung der natürlichen

Interaktionen im natürlichen System, hauptsächlich aufgrund der Einführung „fremder“ Komponenten, die vom Ökosystem als Schadstoffe wahrgenommen werden können. Die Unterschätzung dieser Wechselwirkungen bei der Durchführung von Baumaßnahmen ist nicht hinnehmbar, da sie zu einer Verschlechterung der Bauqualität und einer Verschlechterung der Wohnqualität führt.

Umweltbedingt ungerechtfertigte Tätigkeiten von Bauherren und Restauratoren verursachen irreparable Schäden an der Naturlandschaft und der Informationskomponente des Ökosystems. Wie OI Prutsyn feststellt, wird die architektonische und historische Umgebung zerstört*: „Die Silhouette räumlicher Kompositionen, die harmonische Unterordnung der gesamten Struktur und die Einheit des Ensembles werden gestört. Die in der historischen Zeit erreichte Silhouette und Proportionalität muss vollständig erhalten bleiben, denn dank der klassischen Proportionen lassen sie sich problemlos mit jeder anstehenden Entwicklung kombinieren.

Es darf nicht vergessen werden, dass die Landschaft eine allumfassende und zeitlose Realität ist, in der der Mensch in vorstädtischer Zeit existierte. Es war das tadellose Landschaftsgefühl, das den Menschen in den vergangenen Jahrhunderten innewohnte, als Gebäude mit der natürlichen Umgebung verschmolzen. Die Architektur der Vergangenheit und Gegenwart repräsentiert die Schule der Beherrschung der Architektur und des Städtebaus in Russland. Bereits ab dem XI Jahrhundert. Die Stadtverwaltung verpflichtete die Bauherren, städtebauliche Regeln und Gesetze zum Verhältnis von Architektur und Natur einzuhalten. In Russland aus dem XI Jahrhundert. das byzantinische "Gesetz der Stadt" war in Kraft, in den Pilotbüchern aufgezeichnet **. Zu seinen Bestimmungen gehörten zum Beispiel: „Nur dann wird ein Gebäude wirklich gesehen, wenn es sich an einem harmonischen Ort befindet. Inspizieren Sie den Bereich vor dem Bau sorgfältig. Wählen Sie einen Ort, an dem das Gebäude nicht in die Natur eingreift." Oder so: "... wir befehlen, dass der sanierende baufällige Hof dem Nachbarn nicht das Licht nimmt und ihn nicht seines Aussehens beraubt, das ursprüngliche Bild nicht verändert"; "... blockieren Sie nicht gewaltsam die Sicht Ihres Nachbarn, wenn er direkt das Meer sieht, der in seinem Garten steht." Und heute sollte die „natürliche“ Logik grundlegend für Bau- und Restaurierungsaktivitäten werden.

Im Stadium der Entwicklung einer vernünftigen Haltung zum Naturschutz, eine schrittweise Umwandlung der Biotechnosphäre in Noosphäre - die Sphäre der Vernunft, die nach V. I. Vernadsky eine unvermeidliche und natürliche Stufe in der Entwicklung der Biosphäre ist.

Beleg für den Beginn einer solchen Transformation ist das UN-Konzept „Nachhaltige Entwicklung“, „Nachhaltiges Bauen“, „Nachhaltige Restaurierung“, das in direktem Zusammenhang mit dem Konzept der „Umweltverträglichkeit“ steht. Letzteres impliziert die Fähigkeit eines Ökosystems, seine Struktur und seine funktionellen Eigenschaften beizubehalten, wenn es äußeren Einflüssen ausgesetzt ist. „Umweltnachhaltigkeit“ wird oft gleichbedeutend mit ökologischer Nachhaltigkeit gesehen.

Im Folgenden sind die grundlegenden Konzepte und Anforderungen in Bezug auf die Kategorie der ökologischen Nachhaltigkeit aufgeführt. Ihr Verständnis ist notwendig, um drängende Probleme des Umweltmanagements in den Bereichen Bau- und Sanierungstätigkeiten zu lösen, ein angenehmes Wohnumfeld zu schaffen und eine Strategie für Aktivitäten im Bereich „Nachhaltige Entwicklung“, „Nachhaltiges Bauen“, „Nachhaltige Sanierung“ festzulegen.

* O. Prutsyn, B. Rymashevsky, V. Borusevich Architektonische und historische Umgebung. - M.: Stroyizdat, 1990.

** G. V. Alferova Ein nahrhaftes Buch als wertvollste Quelle der altrussischen Stadtplanungskunst // Byzantinisches Zeitbuch, 1973. - T. 35.