SUBSTÂNCIA VIVA (ORGANISMOS VIVOS). BIOMASSA

Matéria viva - a totalidade e biomassa de organismos vivos na biosfera.

O conceito de "matéria viva" foi introduzido na ciência por V.I. Vernadsky. É caracterizada pela massa total, composição química, energia.

Os organismos vivos são um poderoso fator geológico que transforma a face da Terra. DENTRO E. Vernadsky enfatizou que na superfície da Terra não há força mais poderosa em seus resultados finais do que os organismos vivos como um todo. Tanto a atmosfera (concha de ar), quanto a hidrosfera (concha de água) e a litosfera (concha sólida) devem seu estado atual e suas propriedades inerentes à influência que os organismos tiveram sobre eles ao longo de bilhões de anos de sua existência devido à fluxo contínuo de elementos no metabolismo biogênico. Influenciando o mundo circundante e modificando-o, a matéria viva atua como um fator ativo que determina sua própria existência.

A ideia do papel geoquímico planetário da matéria viva é uma das principais disposições em V.I. Vernadsky. Outra posição importante em sua teoria é a ideia da biosfera como uma entidade organizada, produto de transformações complexas pela matéria viva das capacidades materiais, energéticas e informacionais do meio ambiente.

A biosfera de posições modernas é considerada como o maior ecossistema do planeta participando do ciclo global de substâncias. Sob os sistemas da biosfera estão os ecossistemas de um nível inferior. A biogeocenose é uma unidade estrutural da parte ativa da biosfera moderna.

A biosfera é um produto da evolução a longo prazo de seres vivos e ecossistemas de complexidade variável, que estão em interação e equilíbrio dinâmico entre si e com o ambiente inerte.

A quantidade de matéria viva dos organismos por unidade de área ou volume, expressa em unidades de massa, é chamada de biomassa. Os organismos que compõem a biomassa têm a capacidade de se reproduzir - se multiplicar e se espalhar pelo planeta.

Uma característica de qualquer organismo vivo e biomassa em geral é a constante troca de matéria e energia com o meio ambiente.

Atualmente, existem mais de dois milhões de espécies de organismos na Terra. Destas, cerca de 500 mil espécies recaem sobre a cota de plantas e mais de 1,5 milhão de espécies recaem sobre a cota de animais. O grupo mais numeroso em termos de número de espécies são os insetos (cerca de 1 milhão de espécies).

CICLO BIOGÊNICO

A circulação bioquímica é o movimento e transformação de elementos químicos através da natureza inerte e orgânica com a participação ativa da matéria viva. Os elementos químicos circulam na biosfera ao longo de vários caminhos do ciclo biológico: são absorvidos pela matéria viva e carregados de energia, depois saem da matéria viva, cedendo a energia acumulada ao meio externo. Tais ciclos Vernadsky chamou de bioquímicos. Eles podem ser divididos em dois tipos principais:

1) circulação de substâncias gasosas com fundo de reserva na atmosfera e hidrosfera;

2) ciclo sedimentar com fundo de reserva na crosta terrestre.

A matéria viva desempenha um papel ativo em todos os ciclos bioquímicos. Os principais ciclos incluem o ciclo de carbono, oxigênio, nitrogênio, fósforo.

FUNÇÕES DA BIOSFERA

Graças ao ciclo biótico, a biosfera desempenha certas funções.

1. Função gasosa - realizada por plantas verdes no processo de fotossíntese e por todos os animais e plantas, microorganismos como resultado do ciclo biológico das substâncias. A maioria dos gases são gerados pela vida. Os gases combustíveis subterrâneos são produtos de decomposição de substâncias orgânicas de origem vegetal enterradas em rochas sedimentares.

2. Função de concentração - associada ao acúmulo de vários elementos químicos na matéria viva.

3. Função redox (oxidação de substâncias no processo de vida). Óxidos e sais são formados no solo. As bactérias criam calcário, minérios, etc.

4. Função bioquímica - metabolismo em organismos vivos (nutrição, respiração, excreção) e destruição, decomposição de organismos mortos são realizados.

5. Atividade bioquímica da humanidade. Abrange uma quantidade cada vez maior da substância da crosta terrestre para as necessidades da indústria, transporte e agricultura.

ORGANIZAÇÃO E ESTABILIDADE DA BIOSFERA

A biosfera é um sistema organizado complexo que funciona como uma entidade única capaz de auto-regulação. Sua unidade estrutural é a biogeocenose - um dos sistemas naturais mais complexos, que é um complexo de organismos vivos e um ambiente inerte que estão em constante interação entre si e estão interligados pelo metabolismo e energia. A estabilidade da biosfera é determinada pela estabilidade da biogeocenose - os produtos de um longo desenvolvimento histórico-natural do mundo orgânico.

Uma propriedade importante da biogeocenose é sua capacidade de autorregulação, que se manifesta em seu equilíbrio dinâmico estável. Este último é alcançado pela coordenação e complexidade das interações que se desenvolvem entre seus componentes - partes vivas e não vivas. O consumo da matéria orgânica criada ocorre paralelamente à sua produção e não deve ultrapassar esta última em escala. Quanto mais diversas as qualidades físicas e químicas do ambiente, as condições de vida dentro do biótopo, quanto mais diversa for a composição de espécies da cenosis, mais estável ela será. Desvios das condições de existência do ótimo levam ao empobrecimento de sua espécie. O estado estável da cenosis também é determinado pela saída da produção bruta, que garante o fluxo de energia através dos níveis tróficos e a preservação de todos os componentes vivos relacionados entre si na cadeia alimentar e participando da circulação geral das substâncias. Uma relação equilibrada entre organismos de diferentes níveis tróficos é uma das condições para a estabilidade da biogeocenose.

Nas condições da inconstância do meio físico e químico, a confiabilidade da biogeocenose é assegurada pela redistribuição total da matéria viva entre suas espécies constituintes que podem se substituir (ou duplicar) dentro do mesmo nível da pirâmide ecológica. Sob certas condições, algumas espécies se sentem mais confortáveis ​​(como resultado do aumento do número de suas populações) e piores - outras que estão próximas a elas, mas ocupam uma posição subordinada na biogeocenose. Uma mudança nas condições pode afetar negativamente o primeiro e, ao contrário, contribuir para a prosperidade do segundo. Dependendo da força e duração da ação de um novo fator natural, ocorrem mudanças mais ou menos significativas em sua organização dentro da biogeocenose. Um dos mecanismos que garantem a segurança das biocenoses se manifesta na capacidade de formar uma estrutura diferente sob a pressão de fatores externos com o fortalecimento de “elementos de duplicação”.

As biogeocenoses separadas não são isoladas umas das outras; eles são interdependentes e estão em constante interação. Prova vívida disso podem ser exemplos da circulação global de elementos biogênicos, da qual participam não apenas subsistemas individuais, mas toda a biosfera e outras geosferas da Terra. O equilíbrio dos ciclos de elementos e substâncias no planeta, especialmente os ciclos de elementos biogênicos, sem os quais a vida é impossível, é assegurado pela constância de toda a massa de matéria viva. Um grande número de elementos passa pelos organismos vivos. Os fotoautotróficos determinam a velocidade de fixação da energia solar e fornecê-la a outros habitantes do planeta. As plantas verdes fornecem o oxigênio molecular necessário para a existência de quase todos os organismos vivos na Terra; a única exceção são as formas anaeróbicas. Para garantir a estabilidade da circulação, além da constância da massa de matéria viva, é necessária a constância entre produtores, consumidores e decompositores. Todos juntos criam e estabilizam as condições para a existência da biosfera como uma entidade integral e harmoniosa.

A duplicação ecológica no nível das espécies na biogeocenose é complementada na natureza pela duplicação ecológica no nível da cenose, que se manifesta na substituição de uma biocenose por outra sob condições mutáveis ​​dentro da biosfera integral.

A quantidade total de matéria viva na biosfera muda visivelmente dentro de um tempo geológico suficientemente longo (lei da constância da quantidade de matéria viva de V.I. Vernadsky). Sua estabilidade quantitativa é mantida pela constância do número de espécies, que determina a diversidade geral de espécies na biosfera.

Assim, as biogeocenoses são um ambiente em que ocorrem diversos processos de vida em nosso planeta, ciclos de matéria e energia causados ​​pela atividade vital dos organismos e, no total, compondo um grande ciclo biosférico.

A biogeocenose é um sistema relativamente estável e aberto que possui "entradas" e "saídas" de energia material que conectam biocenoses adjacentes.

NOOSFERA

A noosfera (do grego noos - mente + esfera) é o estágio mais alto de desenvolvimento da biosfera, a esfera de influência da mente humana, a interação da natureza e da sociedade. Aparecendo na Terra, o homem gradualmente se tornou uma poderosa força geológica influenciando o mundo ao seu redor.

O conceito de noosfera como uma concha idealmente pensante da Terra foi introduzido na ciência no início do século 20. Cientistas e filósofos franceses P. Teilhard de Chardin e E. Leroy. P. Teilhard de Chardin considerou o homem como o pináculo da evolução e o transformador da matéria através da inclusão da evolução na criatividade. Nas construções evolutivas, o cientista atribuiu a maior importância à equipe e ao fator espiritual, sem menosprezar o papel do progresso técnico e do desenvolvimento econômico.

DENTRO E. Vernadsky, falando sobre a noosfera (1944), enfatizou a necessidade de uma organização razoável da interação entre sociedade e natureza, que atenda aos interesses de cada pessoa, de toda a humanidade e do mundo ao seu redor. O cientista escreveu: “A humanidade, tomada como um todo, torna-se uma poderosa força geológica. E diante dele, antes de seu pensamento e obra, foi levantada a questão da reestruturação da biosfera no interesse da humanidade livre-pensadora como um todo. Esse novo estado da biosfera, ao qual nos aproximamos sem perceber, é a noosfera”.

A natureza carrega traços da atividade humana nas condições de diferentes formações socioeconômicas que se sucederam. As formas de influência são variadas. Seus resultados nos últimos 100-150 (200) anos, especialmente nos territórios da Europa e América do Norte, superam os de toda a história anterior da humanidade. Com o crescimento da população e o aumento do seu bem-estar, a pressão sobre a natureza tornou-se cada vez maior. Acredita-se que no início de nossa era havia cerca de 200 milhões de pessoas na Terra. No milênio, esse número subiu para 275 milhões; até meados do século XX. A população mundial quase dobrou (500 milhões). Ao longo de 200 anos, o número aumentou para 1,3 bilhão, ao longo de meio século outros 300 milhões foram adicionados (1,6 bilhão em 1900). Em 1950, já havia 2,5 bilhões de pessoas na Terra, em 1970 - 3,6 bilhões, até 2025 o número deverá ser de 8,5 bilhões. Deste número, 83% da população mundial viverá em países em desenvolvimento - na Ásia, África, América do Sul, onde ainda hoje o crescimento populacional é perceptível. É preciso ter uma ideia sobre as possibilidades de subsistência da população para evitar as consequências catastróficas da explosão populacional.

O rápido crescimento da população do planeta torna aguda a questão dos limites da produtividade biológica da biosfera terrestre. Como resultado da atividade humana ativa durante o período de progresso científico e tecnológico, visando à elevação do nível material e espiritual de toda a humanidade, as reservas de recursos naturais não renováveis ​​foram amplamente esgotadas. Os recursos auto-renováveis ​​sofreram uma perturbação global em vastas áreas, alguns deles perderam a capacidade de auto-renovação. Muitos reservatórios do interior morreram ou estão à beira entre a vida e a morte. Os oceanos do mundo estão poluídos com resíduos de produção, derramamentos de óleo, substâncias radioativas e a circulação natural - global e especialmente local - de vários elementos biogênicos vitais foi interrompida. Muitas vezes na mesa, o consumidor recebe alimentos ambientalmente "sujos" e água potável de má qualidade.

A poluição ambiental e a perturbação dos habitats naturais de muitas espécies vegetais e animais levaram à redução do número de populações ou à sua extinção e, consequentemente, à perda do pool genético criado ao longo de milhões de anos. Sob a influência de mutagênicos que poluem o meio ambiente, surgiram não apenas novas formas de pragas de agrocenoses e biocenoses naturais, mas também organismos patogênicos contra os quais não foram desenvolvidas propriedades protetoras em humanos ou outros habitantes do planeta.

A exploração implacável da natureza, subordinada à satisfação de necessidades momentâneas, não resolve os problemas prementes de hoje, criando perspectivas desfavoráveis ​​para o futuro. Parte da população mundial está desnutrida e faminta (25% da safra total é perdida anualmente devido a pragas agrícolas). Muitas pessoas, entre as quais predominam as crianças, morrem todos os anos por doenças causadas pelo uso de água de má qualidade. A saúde humana sofre com o aumento da poluição ambiental, especialmente nas grandes cidades industriais. Muitas pessoas são afetadas negativamente não apenas pela degradação dos sistemas ecológicos, mas também pela pobreza, a crescente disparidade entre ricos e pobres.

Para evitar as consequências negativas causadas pela atividade econômica humana e desastres naturais, é necessário levar em consideração as leis que atuam na natureza ao nosso redor e apoiar sua auto-renovação. A tarefa de proteger a natureza e seu uso racional tornou-se não apenas estatal, mas também internacional, e sua solução deve ser baseada no conhecimento das leis da vida e do desenvolvimento do mundo que nos cerca.

Não só o bem-estar das pessoas, mas também sua vida depende do grau de conscientização pública da situação de crise na biosfera e da velocidade de sua reação.

A biosfera é um sistema complexo termodinamicamente aberto na superfície da Terra, que atua graças à energia do Sol e à atividade vital dos organismos vivos, acumulando e redistribuindo enormes fluxos de matéria e energia. Esse processo só é possível devido às propriedades químicas dos elementos cíclicos ou organogênicos, assim denominados por V. I. Vernadsky em sua classificação geoquímica dos elementos por sua capacidade de inúmeros processos químicos reversíveis, e a história de todos esses elementos pode ser expressa em ciclos.

O conceito de "matéria viva" e todo o complexo de ideias sobre sua atividade geoquímica foram introduzidos na ciência por V. I. Vernadsky. Em 1919, ele escreveu: “Sob o nome de matéria viva, quero dizer a totalidade de todos os organismos e animais, incluindo o homem. Do ponto de vista geoquímico, esse conjunto de organismos é significativo apenas pela massa de matéria que o compõe, sua composição química e a energia associada a ele. Obviamente, é somente desse ponto de vista que a matéria viva é importante para o solo, pois, tratando-se de química do solo, estamos lidando com uma manifestação particular de processos geoquímicos gerais. A matéria viva que passou a fazer parte do solo provoca as mais diversas alterações em suas propriedades, que geralmente não são levadas em consideração na ciência do solo. Em primeiro lugar, vou me deter aqui em seu efeito sobre a granulação fina do solo, porque essa propriedade do solo é sua diferença mais básica e nítida de todos os outros produtos da superfície da terra. Também determina o curso de todas as reações químicas no solo e torna o solo a área mais ativa do ponto de vista químico da biosfera.

Ao mesmo tempo, o cientista pela primeira vez expressou a ideia da presença conjunta de elementos químicos na matéria viva, que é determinada pelas propriedades biológicas dos organismos, e não pelas propriedades químicas dos elementos.

Para construir organismos vivos a partir de 105 elementos químicos, são necessários seis - carbono, nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, fósforo, enxofre. Eles são caracterizados pelo baixo peso atômico, facilidade de retorno e fixação de elétrons. O principal elemento entre eles é o carbono. Devido à capacidade dos átomos de se combinarem em uma cadeia, o carbono pode formar um número infinito de compostos. Os cinco elementos restantes também formam pares de elétrons comuns com extrema facilidade com átomos de outros elementos, inclusive entre si.

Quanto à quantidade de elementos acumulados, 99,9% do peso vivo dos organismos são os elementos da “dúzia inicial”: H, C, N, O, Na, Mg, P, S, C1, K, Ca, Fe. Todos eles pertencem aos primeiros 26 elementos do sistema periódico, aos quais D. I. Mendeleev chamou a atenção. O peso vivo é 99% formado por apenas quatro elementos - H, C, N, O, que são altamente reativos, possuem compostos altamente solúveis e interagem ativamente com o carbono.

Na biosfera, o ciclo de um elemento só será rápido e estável se este elemento não for apenas solúvel, mas também volátil, ou seja, se um de seus compostos puder, como a água, retornar à terra.

Existem pelo menos três desses elementos na biosfera: carbono, nitrogênio e enxofre. Entre seus compostos "ar" estão o dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), nitrogênio livre (N2), amônia (NH3), sulfeto de hidrogênio (H2OS) e dióxido de enxofre (SO2). Curiosamente, no processo de ciclagem, carbono, nitrogênio e enxofre mudam sua valência. Todos eles estão na biosfera de forma mais reduzida do que no mundo circundante.
Na troca de substâncias entre a natureza animada e inanimada, o mais importante é a redistribuição de gases. As plantas, sintetizando matéria orgânica, absorvem dióxido de carbono da atmosfera e liberam oxigênio. A ligação de 1 g de carbono na matéria orgânica é acompanhada pela liberação de 2,7 g de oxigênio. De 1 hectare de prado, 10-12 mil m3 de oxigênio são liberados na atmosfera por ano.

A etapa mais importante do ciclo é a redução do dióxido de carbono. Essencialmente, é uma reação de adição de hidrogênio resultando em formaldeído. A fonte de hidrogênio é a desidrogenação da água (remoção de hidrogênio dela), enquanto o oxigênio é liberado ao longo do caminho. Esse método de acumular a energia das ligações químicas é característico apenas das plantas verdes, mas a energia acumulada torna-se adequada para outras reações da vida e para o funcionamento das cadeias tróficas (). O carbono fixado pelas plantas e depois utilizado não só por elas, mas também pelos animais, retorna ao ambiente externo, onde pode ser incluído em qualquer um dos ciclos geoquímicos. Lembre-se de que a biosfera é caracterizada não apenas pela presença de matéria viva. Contém quantidades significativas de água líquida, recebe um poderoso fluxo de energia da luz solar, na biosfera existem interfaces entre substâncias que estão em uma das três fases - sólida, líquida e gasosa. Devido a isso, a biosfera é caracterizada por uma circulação contínua de matéria e energia, na qual os organismos vivos desempenham o papel mais ativo.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E CIÊNCIA DA FEDERAÇÃO RUSSA

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE ECONOMIA E VLADIVOSTOK

SERVIÇO

INSTITUTO DE INFORMÁTICA DE INOVAÇÃO E SISTEMAS DE NEGÓCIO

DEPARTAMENTO DE ECOLOGIA E GESTÃO DA NATUREZA

020801.65 "Ecologia"

Vladivostok

Editora VSUES

O programa de trabalho da disciplina acadêmica "Ensinar sobre a biosfera" é compilado de acordo com os requisitos do Padrão Educacional Estadual do Ensino Profissional Superior.

Compilado por: , Professor Associado do Departamento de Ecologia

Aprovado em reunião do departamento de EPP em 01/01/2001, protocolo nº 6, edição 2014

© Editora Vladivostok

Universidade Estadual

economia e serviço, 2014

INTRODUÇÃO

A doutrina da biosfera é uma disciplina das ciências naturais que visa desenvolver uma visão de mundo biocêntrica e a capacidade de avaliar as atividades profissionais em estudantes de ecologistas do ponto de vista do uso racional dos recursos naturais e da proteção ambiental. O ambiente natural da biosfera fornece à pessoa matérias-primas, energia e vários materiais. A doutrina da biosfera ajuda a compreender a relação dos organismos, das populações com os habitats, a relação dos ecossistemas naturais e antrópicos, as condições para o estado sustentável dos ecossistemas, as causas da crise ecológica, os princípios ambientais da gestão ambiental que asseguram a desenvolvimento sustentável da humanidade. Cursando a disciplina “A Doutrina da Biosfera”, os alunos de ecologistas consideram a biosfera como um ecossistema global, sua composição, estrutura, conexões internas que garantem seu funcionamento e sustentabilidade. Eles dão uma avaliação das principais fontes de poluição, analisam os problemas ambientais das áreas urbanas. Eles estudam formas de proteger a biosfera do impacto tecnogênico, consideram problemas e formas de preservar a biodiversidade. É dada especial atenção aos problemas da influência humana nos processos globais e no clima da biosfera. O estudo de vários processos da biosfera permite educar a consciência ambientalista dos alunos e formar neles um estereótipo "ecológico" de comportamento. A disciplina "Ensinar sobre a Biosfera" visa estudar os padrões básicos de funcionamento dos sistemas naturais em vários níveis da biosfera, os fatores que determinam sua estabilidade, produtividade e energia. Revela-se o papel da matéria viva nos ciclos biogeoquímicos, mostra-se uma conexão lógica entre os estudos tradicionais dos problemas de interação entre natureza - sociedade - economia e o conceito de desenvolvimento sustentável do homem, buscando soluções construtivas para os problemas ambientais. O estado do ecossistema global e as formas de estabilizar e melhorar a biosfera moderna são avaliados. O estudo deste curso está intimamente relacionado a disciplinas como "Biologia", "Química", "Geografia", "Geologia", "Ciência do Solo".

Uma característica do estudo da disciplina "A doutrina da biosfera" é uma abordagem integrada dos problemas ambientais, que possibilita aos alunos de ecologistas adquirir a erudição necessária, para entender a relação dos processos biogeoquímicos na biosfera. Para dominar a disciplina, é necessário conhecimento básico de geografia, biologia, química, geologia, ecologia e ciência do solo.

1. INSTRUÇÕES ORGANIZACIONAIS E METODOLÓGICAS

1.1. Metas e objetivos da disciplina

O objetivo da disciplinaé familiarizar os alunos com os conceitos básicos, problemas e métodos da ciência "Ensinar sobre a biosfera". A disciplina é destinada aos alunos da especialidade 020801.65 - Ecologia. As principais tarefas da disciplina– formação de competências e habilidades nas seguintes áreas de atuação:

· estudo dos fundamentos do “Ensino sobre a biosfera”, seus limites e evolução;

· características de migração biogênica, ciclos biogeoquímicos de substâncias, ciclicidade espacial e temporal de elementos químicos;

· familiarização com a organização planetária-espacial da biosfera;

· consideração da orientação termodinâmica do desenvolvimento da biosfera, a transformação da energia pela matéria viva;

· estudo do conceito noosférico como base da gestão científica;

formação de profissional competências.

1.2. A lista de competências adquiridas durante o estudo da disciplina

A disciplina forma uma visão profissional dos aspectos geoquímicos, biogeoquímicos e biológicos da biosfera. O conceito de biosfera visa formar uma visão holística dos processos e fenômenos no ecossistema global, os mecanismos e padrões de existência sustentável de sistemas biológicos de diferentes níveis em um ambiente complexo e dinâmico. O conhecimento adquirido no processo de estudo da disciplina forma a visão de mundo ecológica e noosférica do aluno e desenvolve o pensamento lógico em todos os níveis da organização da matéria viva (organísmico, populacional, ecossistema, biosférico).

1.3. Os principais tipos de classes e características de sua conduta

A carga horária total da disciplina para a especialidade 020801.65 Ecologia é de 200 horas, sendo 68 horas de trabalho presencial (34 horas de aulas teóricas, 34 horas de aulas práticas) e 132 horas de trabalho autônomo. A disciplina "A Doutrina da Biosfera" é cursada no 5º semestre, 4 horas semanais, das quais 2 horas são aulas teóricas, 2 horas são aulas práticas. O curso termina com um exame. Principais tipos de profissões: - palestras, que dão o principal material sistematizado sobre a estrutura, organização, propriedades e funções da biosfera; - as aulas práticas contribuem para a formação do conhecimento dos alunos ambientais sobre a relação dos organismos com o meio ambiente, a estrutura da biosfera, sua evolução, problemas ambientais globais. Seminários e aulas práticas desenvolvem a capacidade de prever os resultados da atividade profissional, tendo em conta as consequências diretas e indiretas para a biosfera; - as consultas incluem auxílio na autoaprendizagem do material; - trabalho independente inclui: trabalho com literatura educacional e científica em preparação para seminários práticos, testes e redação de trabalhos de conclusão de curso. No decorrer do curso desta disciplina, os alunos de ambientalistas ouvem palestras, adquirem habilidades práticas em aulas práticas, estudam de forma independente usando literatura científica, bancos de dados eletrônicos de bibliotecas e Internet na preparação para o exame e na defesa de trabalhos de conclusão de curso.

1.4. Tipos de controle e relatórios por disciplina

O estudo da disciplina termina com um exame no 5º semestre. O aluno deve mostrar no exame a base de conhecimento real da organização do espaço planetário da biosfera, a capacidade de estabelecer relações de causa e efeito e formular conclusões. São utilizados os seguintes tipos de controle: - certificação atual, incluindo o desempenho do aluno em tarefas de controle escrito, questionamento oral, relatórios em seminários, participação em palestras, testes.

1.5 Tipos de controle e relatórios por disciplina

O controlo do progresso dos alunos é efectuado de acordo com o sistema de classificação de avaliação de conhecimentos.

O atual controle de andamento contém tarefas que contribuem para o desenvolvimento das competências da atividade profissional para a qual o aluno está se preparando e inclui:

Verificar o nível de preparação independente do bacharel ao realizar uma tarefa individual, na preparação para palestras e trabalhos práticos;

Participação do bacharel em discussões sobre os principais pontos do tema em estudo;

Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet Explorer ou similar.

b) suporte técnico e laboratorial

Palestras e aulas práticas são realizadas em salas de aula utilizando equipamentos multimídia

7. GLOSSÁRIO DE TERMOS BÁSICOS

A antropogênese é o processo de formação histórica e evolutiva do tipo físico de uma pessoa, o desenvolvimento inicial de sua atividade laboral, fala e sociedade.

Biosfera- uma espécie de concha da Terra, contendo a totalidade dos organismos vivos e aquela parte da substância do planeta que está em contínua troca com esses organismos

biocentrismo- uma abordagem científica para a proteção ambiental, que coloca os interesses da vida selvagem (como eles aparecem para o homem) acima de tudo.

Desenvolvimento sustentável- o desenvolvimento harmonioso (correto, uniforme, equilibrado) é um processo de mudança em que a exploração dos recursos naturais, a direção do investimento, a orientação do desenvolvimento científico e tecnológico, o desenvolvimento das mudanças individuais e institucionais são coordenadas entre si e fortalecer o potencial atual e futuro para atender às necessidades e aspirações humanas.

catástrofe ecológica - este é um evento súbito, um processo rápido que traz sérias consequências para os ecossistemas, sua destruição, vítimas. A razão para tais mudanças pode ser tanto um impacto externo no sistema quanto a descarga de suas tensões internas que excederam a resistência da estrutura.

Crise ecológica- uma perturbação regional ou local significativa das condições ambientais, que leva a uma violação total ou parcial dos sistemas ecológicos locais.

Antecedentes científicos Forma esférica do planeta (XYI-XYII, Leonardo da Vinci, J. Bruno, Galileo Galilei) Significado geológico dos organismos vivos na superfície do globo (XYII-XYIII, D. Woodward, J. Buffon, Jean Baptiste Lamarck ) 1803 Lamarck : aplicou o termo biosfera para se referir à totalidade dos organismos vivos (o habitat dos organismos vivos)

Formação científica Século XIX: Humboldt - sobre a interação dos fenômenos naturais Dokuchaev (professor de Vernadsky) em "A Doutrina das Zonas Naturais" sobre "... uma conexão natural entre natureza morta e viva, entre os reinos vegetal, animal e mineral, sobre por um lado, o homem, seu modo de vida e até mesmo o mundo espiritual, por outro. E. Suess - 1875 Sob a biosfera compreende não só o mundo orgânico, mas também o seu ambiente.

As principais disposições (generalizações empíricas) da doutrina da biosfera de Vernadsky em 1926 "Biosfera": "A matéria viva também é distribuída concentricamente na crosta terrestre. A área ocupada por ela forma uma concha, que chamamos de biosfera. Esta biosfera cobre parte da litosfera e atmosfera e toda a hidrosfera"

Generalizações empíricas Marcando o papel central da matéria viva, Vernadsky aponta: 1. Existe uma conexão genética entre a matéria viva moderna e a matéria viva do passado, a continuidade da influência dessa substância no meio ambiente, a continuidade do intemperismo biogeoquímico processos. O princípio do actualismo é a continuidade da existência da biosfera “A propagação da vida é um movimento expresso na ubiquidade da vida, é uma manifestação da sua energia interna, do trabalho químico que produz. Vou chamá-la de energia geoquímica da vida."

Generalizações empíricas 2. Princípio de Redi (1712) - toda vida vem da vida. Na escala do tempo geológico, não há dados geoquímicos para a geração espontânea de vida. As épocas geológicas azóicas (ou seja, desprovidas de vida) nunca foram observadas durante todo o tempo geológico. 3. O princípio de Dan (1863) - a direção do processo evolutivo (cefalização). A aparição na biosfera humana é natural. O homem tornou-se uma força geológica no planeta. 4. A energia radiante do sol, através dos organismos vivos, regula a manifestação química da crosta terrestre.

Generalizações empíricas 6. A matéria viva é um fenômeno planetário e não pode ser separada da biosfera, da qual é função geológica. 7. A radiação cósmica vinda de todos os corpos celestes, cobre a biosfera, penetra tudo nela. A biosfera é uma área de transformações de energia cósmica. A substância da biosfera torna-se ativa graças a essa energia. A face da Terra está mudando, não é apenas um reflexo do nosso planeta, mas ao mesmo tempo é a criação de forças externas do cosmos.

O lugar da biosfera no sistema planetário "Terra" (atmosfera) O limite superior da biosfera - os limites superiores do campo de existência da vida - a camada de ozônio na fronteira da troposfera e estratosfera. O limite superior é determinado pela radiação (a uma altitude de 9000 m é dezenas de vezes maior que ao nível do mar, a uma altitude de 15 km é 100 vezes maior). A concentração de vida diminui com a distância da superfície da Terra. Em 1 cu. m de ar contém: Perto da superfície do solo - 10 -100 mil microorganismos 11 -21 km - 0, 14 organismos (fungos, bactérias) 48 -85 km - microorganismos detectados

Limites da biosfera Os limites superiores do campo de estabilidade da vida estão acima da tela de ozônio (85 km e acima, espaço). Os organismos vivos estão presentes em estado dormente, sem metabolismo ativo, ou protegidos por alguma substância (por exemplo, a substância de um meteorito de ferro com 800 angstroms de espessura é um refúgio seguro para um micróbio).

O lugar da biosfera no sistema planetário "Terra" (hidrosfera) Toda a hidrosfera é habitada por organismos vivos: das águas superficiais do oceano às bacias do fundo do mar

O lugar da biosfera no sistema planetário "Terra" (litosfera) A litosfera é uma camada sólida da crosta terrestre (crosta intemperizada) sustentada por uma astenosfera plástica e menos viscosa. A litosfera é composta por rochas: Sedimentares 12-15 km (até 20 km) Metamórficas (granitos) Ígneas (basaltos) A litosfera é composta por placas (oceânicas e continentais). A causa das placas tectônicas (movimentos horizontais) é a convecção térmica no manto da Terra)

Fronteiras na litosfera Nas placas continentais, os limites inferiores do campo de existência da vida são 2-3 km (até 6 km). Por exemplo, microorganismos nas águas lavando camadas de óleo (até 10-40 mil por 1 ml). Em placas oceânicas - 0,5 -1 km. Os limites inferiores do campo de estabilidade da vida na litosfera são determinados pela presença de água líquida (10,5 km foi encontrado), mas não mais de 25 km, onde a vida é fundamentalmente impossível, porque apesar da alta pressão a uma temperatura de 460 graus , a água líquida passa para o estado de vapor.

Espessura média da biosfera km (Shipunov, 1980) Cinturões latitudinais Polar Continental Oceânico Região 12 13 Latitude média 14 15 Tropical 22 21

A organização da biosfera "A estrutura da biosfera é convenientemente chamada de organização de acordo com a natureza dos processos geológicos que ocorrem nela" A natureza funcional deste conceito é enfatizada. A organização da biosfera como uma formação dinâmica como um todo existe apenas no âmbito dos fluxos de energia e da circulação da matéria. Distinguem-se os níveis de organização da biosfera: físico, termodinâmico, químico, biológico, paragenético

O nível físico de organização da biosfera A biosfera pode ser considerada como um sistema disperso muito complexo composto por fases sólida, líquida e gasosa. Em todas as partes da biosfera (troposférica, hidrosférica, litosférica) existem sempre substâncias em três estados agregados (sólido, líquido e gasoso). Na biosfera, há uma transição, com a participação ativa dos organismos vivos, de um estado de agregação para outro.

Nível termodinâmico de organização da biosfera A fase gasosa conecta as partes termodinâmicas da biosfera Suas propriedades termodinâmicas são dependentes umas das outras (erupção de gases vulcânicos, evaporação de água, etc.) O papel da matéria viva na regulação do componente gasoso da biosfera biosfera (por exemplo, a ligação do dióxido de carbono durante a fotossíntese)

Nível químico de organização da biosfera Estrutura química das águas da biosfera: terrestre (superfície), acima do solo, subterrâneo Estrutura química dos gases da biosfera (gases acima do solo, terrestres, subterrâneos) nas regiões continentais e oceânicas apropriado) Estrutura química das substâncias vivas A organização química da biosfera é estudada pela biogeoquímica

Nível biológico de organização da biosfera Camada 1 - matéria viva acima do solo da fotobiosfera Produtores (microrganismos fotossintéticos) Ambiente (troposfera) Consumidores Decompositores (fungos e bactérias)

Nível biológico de organização da biosfera Camada 2 - matéria viva da fotobiosfera terrestre e aquática Produtores (plantas e bactérias fotossintéticas) Ambiente (troposfera, hidrosfera, litosfera) Consumidores Decompositores (fungos e bactérias)

Nível biológico de organização da biosfera Camada 3 - matéria viva da afotobiosfera subterrânea e aquática Produtores (microrganismos quimiossintéticos) Ambiente (hidrosfera, litosfera) Decompositores (fungos e bactérias) Consumidores

Nível paragenético de organização da biosfera “Às conchas termodinâmicas, de fase e químicas, devemos acrescentar... uma concha paragenética que determina a paragênese dos elementos, ou seja, as leis de sua coexistência. A biosfera é uma dessas conchas paragenéticas, a mais acessível e conhecida por nós.

A matéria viva, sendo uma manifestação especial das condições termodinâmicas, físicas e químicas do planeta, se esforça constantemente para organizá-las de forma a ter a máxima estabilidade de sua estrutura, ou seja, transfere-as para um nível mais complexo de organização. Como resultado, surge uma concha paragenética do planeta - a biosfera. A paragênese de estruturas de diferentes níveis de organização se manifesta na biosfera. Isso leva ao surgimento de estruturas tão complexas como corpos bioinertes.

Categorias de matéria biosférica 1. Matéria viva é a soma de organismos vivos que morrem e nascem constantemente (migração biogênica de átomos liga-se a outras categorias de matéria). 2. Substância biogênica (substância viva passada: carvão, betume, óleo, calcário, etc.). 3. Matéria inerte - abiótica, a matéria viva não participa de sua formação. 4. Substância bioinerte - criada por organismos vivos e processos inertes (solos, águas naturais, biosfera)

Funções biogeoquímicas da matéria viva Gás (oxigênio-dióxido de carbono, ozônio, etc.) Concentração Redox Bioquímica Funções biogeoquímicas do homem

Organização da vida no nível planetário-cósmico 1. Na escala da biosfera e em pouco tempo - a totalidade dos organismos vivos. 2. Na escala do tempo geológico, toda a biosfera torna-se uma parte realmente organizada da vida. 3. Na escala do tempo cósmico, pode-se supor que todo o cosmos (?) pode se tornar uma parte potencialmente organizada da vida, seu corpo potencial!

A organização da vida no nível planetário-cósmico James Lovelock (1972) ideia do planeta vivo "Gaia". O planeta, habitado por organismos vivos, ele próprio, como um todo, adquire algumas propriedades de um organismo biológico. Humberto Maturana e Francisco Varela (1974 -1979) Teoria da autopoiese, a teoria dos sistemas autônomos autoprodutivos. Um modelo teórico de vida de metassistema foi criado.

O sistema autopoiético interage com o ambiente como um único coletivo, como uma integridade. No processo de conjugação estrutural com o ambiente, ocorrem mudanças estruturais adaptativas no corpo. Perturbações também ocorrem no ambiente sob a influência do organismo. O meio não é inerte. No processo de interação, o organismo e o ambiente (que pode incluir outros organismos) atuam como parceiros coevolutivos. A biosfera é um sistema autopoiético

Noosfera O termo foi introduzido por E. Leroy (matemático e filósofo francês) em 1927: A evolução da vida no planeta será realizada apenas por meios espirituais: sociedade, linguagem, cultura, etc. E esta será a noosfera, que seguirá a biosfera. Pierre Teilhard de Chardin (antropólogo francês) em 1930 Escreveu o livro The Noosphere: A Phenomenon of Man. A noosfera é entendida como uma casca separada da Terra, formada durante a evolução da matéria (energia tangencial) e energia radial (fina) no planeta

Noosfera VI Vernadsky (1935) A noosfera é um corpo natural, cujos componentes são a litosfera, a hidrosfera, a atmosfera e o mundo orgânico, transformados pela atividade humana inteligente. “A explosão do pensamento científico no século 20 foi preparada por todo o passado da biosfera. A biosfera inevitavelmente passará, de uma forma ou de outra, mais cedo ou mais tarde, para a noosfera.

DENTRO E. Vernadsky, considerando a biosfera como uma concha geológica, entendeu claramente que a estrutura dessa concha não reflete a complexidade dos processos que nela ocorrem. Portanto, ele introduziu o conceito de organização da biosfera. Já em 1931, em sua obra “Sobre as Condições para o Surgimento da Vida na Terra”, Vernadsky definiu a organização da biosfera como a estabilidade de um sistema dinâmico, seu equilíbrio.

A organização da biosfera no tempo geológico é confirmada pelo fato de que toda a biosfera é coberta pela troposfera, hidrosfera, litosfera e matéria viva. Essas partes se interpenetram e interagem entre si, formando um todo único (Fig. 2).

BIOSFERA

Arroz. 2. A relação das conchas da biosfera terrestre

Assim, o conceito de "organização" implica que a natureza circundante não é um caos de elementos díspares, mas é um todo único e coerente.

A organização da natureza não é apenas um fato empírico externo, mas também sua principal propriedade. Aparece mais claramente no fenômeno dos vivos, onde cada grão pode ser considerado como uma espécie de microcosmo.

Assim, a organização da biosfera implica a unidade, equivalência e conexão de suas partes. A organização da biosfera se manifesta em diferentes níveis. Existem níveis termodinâmicos, físicos, químicos, biológicos, paragenéticos, energéticos, planetários de organização da biosfera.

1.5. Estabilidade e autorregulação no processo de desenvolvimento da biosfera

Biosfera da Terra- um sistema aberto, complexo, multicomponente e autorregulado de matéria viva e compostos minerais conectados com o espaço, formando a casca externa do planeta.

A biosfera não é apenas a área em que a vida surgiu e se desenvolveu no planeta Terra em toda a sua diversidade de formas. A matéria viva durante sua existência mudou profundamente a natureza original do planeta, biologizou-o. A própria vida adaptou e otimizou o ambiente. Um escudo de ozônio apareceu na estratosfera, protegendo os seres vivos dos efeitos destrutivos dos raios ultravioleta e outras radiações cósmicas.

Intemperismo, formação de solos, sedimentos deluviais e aluviais recobriram rochas monolíticas, estéreis, sem água, com coberturas organominerais de terra fina. Esses processos criaram horizontes frouxos, favoráveis ​​em termos de propriedades físicas e químicas para a existência das plantas, principalmente seus sistemas radiculares, e nichos ecológicos para os animais. A fotossíntese vegetal era um mecanismo para o acúmulo de energia bioquímica ativa nas massas de matéria orgânica na forma de húmus, combustíveis fósseis, garantindo a satisfação dos organismos em caso de condições estressantes e períodos desfavoráveis.

A matéria viva, tendo criado uma cobertura do solo, superou os recursos limitados de nitrogênio-carbono, água, ar e nutrição mineral. A neossíntese de minerais altamente dispersos proporcionou a capacidade de absorção físico-química nos solos, fixando assim os compostos N, P, Ca, K. Um acúmulo ainda mais intenso de macroelementos (C, N, P, Ca, S, K) e microelementos (I , Zn, Cu , Co, Se, etc.) é observado durante a acumulação biogênica na forma de compostos húmus-orgânicos.

Surgiu um mecanismo de cooperação e mostrou seu papel excepcional - simbiose - entre plantas, animais, insetos, invertebrados inferiores, microorganismos com a formação de cadeias alimentares. Este mecanismo na biosfera permite gerir com pequenas reservas de energia e compostos químicos. Mas há limites para essa estabilidade e autorregulação. Se as mudanças no ambiente vão além das flutuações periódicas às quais os organismos estão adaptados, então a coerência dos ecossistemas e da biosfera como um todo é violada.

A vida, a matéria viva, a biosfera, graças a esses processos, e também devido à continuidade do fornecimento de energia cósmica, desenvolvida na Terra segundo o princípio da reprodução expandida autocontrolada. Assim, existiam cerca de 12 mil espécies vegetais no Devoniano, 27 mil no Carbonífero, 43 mil no Permo-Triássico e 60 mil no Jurássico.A flora moderna inclui cerca de 300 mil espécies (Kovda, 1983). Este desenvolvimento progressivo dirigido da biosfera não foi contínuo. Catástrofes (épocas de vulcanismo, glaciação, desertificação) perturbaram e atrasaram o processo geral de reprodução ampliada, mas não puderam deter o processo geral de desenvolvimento cada vez mais complexo da vida e da biosfera.

1.6. O conceito de biogeocenose como uma estrutura elementar

unidades da biosfera

Biogeocenose- este é um complexo interdependente de componentes vivos e inertes interligados pela troca de matéria e energia (grego: bios - vida, gi - geo - terra, koinos - comum). O conceito é baseado na definição do acadêmico V.N. Sukachev, segundo quem biogeocenose- "um conjunto de fenômenos naturais homogêneos (atmosfera, rochas, vegetação, vida selvagem e o mundo dos microrganismos, solo e condições hidrológicas) sobre uma extensão conhecida da superfície terrestre, que tem sua própria interação específica desses componentes constituintes e um certo tipo de troca de matéria e energia entre eles e outros fenômenos da natureza e representando uma contradição interna, uma unidade dialética, que está em constante movimento e desenvolvimento.

Atualmente, os termos "biogeocenose" e "ecossistema" são frequentemente considerados como sinônimos. Mas o conceito de "biogeocenose", proposto por V.N. Sukachev e relacionado aos sistemas vivos terrestres, tem certos limites territoriais. O conceito de "ecossistema" é adimensional e pode incluir espaço de qualquer extensão - desde uma gota de água com microorganismos vivendo nela até toda a biosfera como um todo. Assim, o conceito de "biogeocenose" em relação ao conceito de "ecossistema" é mais privado. No entanto, no simpósio da UNESCO sobre o funcionamento dos ecossistemas terrestres ao nível da produção primária, realizado em Copenhaga em 1965, foi acordado que os dois termos tinham o mesmo significado.

Assim, biogeocenoses são partes da superfície da terra ou da água, homogêneas em termos de condições topográficas, microclimáticas, botânicas, zoológicas, do solo, hidrológicas e geoquímicas. Nesse sistema, a circulação de substâncias e o fluxo de energia são caracterizados por uma certa intensidade e direção. O ponto de partida da circulação de substâncias é a fotossíntese e a criação de fitobiomassa pelas plantas. Os tamanhos reais das biogeocenoses no planeta variam bastante: de vários metros (microdepressões em estepes e semi-desertos, dunas de areia, etc.) ). As dimensões verticais das biogeocenoses também variam muito: de alguns centímetros nas rochas a várias dezenas de metros na taiga ou nas florestas tropicais.

A biogeocenose é relativamente estável no tempo e termodinamicamente aberta em relação à entrada e saída de matéria e energia. Tem uma entrada de energia e várias substâncias: energia solar, elementos minerais das rochas, precipitação atmosférica, águas subterrâneas. Assim como a liberação de energia e nutrientes para a atmosfera (calor, oxigênio, dióxido de carbono, etc.), a litosfera (compostos de húmus, minerais, rochas sedimentares) e a hidrosfera (nutrientes dissolvidos do solo, lagos, rios).

A natureza auto-reguladora da biosfera e das biogeocenoses é o resultado das propriedades autocatalíticas da matéria viva, sua capacidade de absorver e trocar substâncias, crescer e se multiplicar. O fluxo de energia e matéria na biogeocenose vai das plantas para os herbívoros, destes para os predadores, depois para os organismos inferiores e as bactérias do solo. São os herbívoros que iniciam a cadeia alimentar dos organismos-consumidores e destruidores da matéria orgânica criada no processo de fotossíntese. Assim, a principal fonte de alimento e energia para a cadeia alimentar dos organismos é a fitomassa criada pelas plantas. Zoomass é um produto secundário. Portanto, é feita uma distinção entre produtividade primária e secundária de biogeocenoses e paisagens.

Na cadeia alimentar dos organismos em biogeocenose há um fluxo contínuo de energia. A cada novo elo dessa cadeia, 50 a 90% da energia e biomassa armazenadas no estágio anterior são perdidas. Existe uma chamada pirâmide ecológica de reservas de energia. Quanto mais elos na cadeia alimentar, maior a pirâmide ecológica e mais energia será perdida no elo final (Fig. 3).

	ÁGUIA
	COBRA
	RÃS
	Gafanhotos
ERVAS

Arroz. 3. Pirâmide da cadeia alimentar

A principal provisão de energia do ecossistema é a irreversibilidade dos processos bioenergéticos. Portanto, quando aplicada aos ecossistemas (e em particular, aos solos), a expressão “ciclo energético” não pode ser usada, assim como na biogeoquímica e na ciência do solo sobre o ciclo das substâncias. O único termo correto é “fluxo de energia”, pois a energia dos produtos biológicos primários só é consumida no futuro. Para reabastecer e renovar a biomassa em um ecossistema, é necessário um influxo constante de energia externa, embora possa não haver um influxo de átomos de matéria. Os mesmos átomos podem circular repetidamente em uma biogeocenose.