5.10. Биосфера и человек

Определения и обозначения

Биосфера — оболочка Земли, населённая организмами и преобразуемая их жизнедеятельностью. Она включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, где условия позволяют существовать жизни. Понятие нужно, чтобы описывать не отдельный лес или водоём, а всю область распространения жизни и связи между её частями.

Живое вещество — совокупность всех организмов биосферы. Растения, животные, грибы и микроорганизмы участвуют в превращении и перемещении веществ, поэтому без них многие природные круговороты и процессы преобразования оболочек Земли шли бы иначе. Этот термин помогает оценить общую роль жизни, а не влияние одного вида или сообщества.

Ноосфера — этап развития биосферы, при котором разумная деятельность человека становится важным фактором её изменений. Смысл понятия не в том, что человек должен подчинить себе природу, а в том, что знания позволяют предвидеть последствия действий и выбирать более ответственные решения. Идея нужна для обсуждения будущего взаимодействия общества и природных систем.

Антропогенное воздействие — влияние деятельности человека на организмы, экосистемы и природные оболочки Земли. К нему относятся, например, вырубка леса, строительство, добыча ресурсов и загрязнение среды. Термин помогает выделить человеческую причину изменения и оценить, можно ли предупредить или уменьшить его последствия.

Как это устроено

Живые организмы связаны с воздухом, водой и горными породами, потому что для жизни им нужны вещества и подходящие условия. Растения используют воду и углекислый газ, водные организмы зависят от состава и температуры воды, а обитатели почвы — от её структуры и доступных питательных веществ. Поэтому биосфера охватывает не отдельную «оболочку жизни», а участки нескольких оболочек, где эти условия складываются. Её границы определяются возможностью существования организмов, а не условными линиями на поверхности планеты.

Биосфера целостна, поскольку изменения в одной её части могут отражаться на других. Например, изменение растительного покрова влияет на почву, влажность и состав воздуха, а состояние водоёма зависит от веществ, поступающих с суши. Эти связи возникают из-за обмена веществом и энергией между организмами и средой. Поэтому состояние экосистем нельзя оценивать только по одному виду или одному участку, если воздействие распространяется шире.

Организмы участвуют в круговоротах, когда поглощают вещества из среды, строят из них тела, а затем возвращают их в почву, воду и воздух после выделения продуктов обмена или разложения. Так элементы многократно переходят между живой и неживой природой, хотя их формы меняются. Энергия ведёт себя иначе: она поступает в экосистемы главным образом от Солнца, передаётся между организмами и постепенно рассеивается в виде тепла. Круговорот веществ и поток энергии поддерживают работу экосистем, но не означают, что энергия бесконечно движется по замкнутому кругу.

По мере развития общества росли численность населения, потребность в ресурсах и способность преобразовывать большие территории. Земледелие меняет природные сообщества, промышленность и транспорт используют топливо и выделяют отходы, а строительство изменяет местообитания. Поскольку такие действия одновременно совершаются во многих местах, их последствия могут складываться и затрагивать природные процессы далеко за пределами одного предприятия. Так человек превратился в значимый фактор изменений биосферы.

Антропогенное воздействие опасно для равновесия экосистем, если оно быстрее, чем сообщества и природные процессы способны восстановиться. Утрата местообитаний сокращает численность видов, загрязнение влияет на организмы и пищевые связи, а чрезмерное изъятие ресурсов мешает их возобновлению. Последствия могут накапливаться и усиливать друг друга, поэтому небольшое на первый взгляд изменение иногда приводит к крупным экологическим проблемам. Но воздействие не обязательно разрушительно: его результат зависит от масштаба, характера работ и мер регулирования.

Идея ноосферы предполагает, что человек использует разум и научные знания не только для преобразования природы, но и для оценки последствий. Например, до строительства можно изучить состояние экосистемы, выбрать менее опасное место и предусмотреть очистку отходов. Такой подход помогает учитывать взаимосвязи, от которых зависит устойчивость биосферы. Значит, переход к ноосфере связан с ответственным согласованием человеческих потребностей и законов природы.

Влияние природных процессов и деятельности человека на биосферу

Сравнивая процессы, сначала выясните, откуда возникает воздействие, а затем оцените его скорость, масштаб и последствия. Природные явления не всегда происходят медленно, а человеческая деятельность не всегда разрушительна, поэтому важны конкретные условия. Последняя строка показывает, где возможно целенаправленное регулирование и какие меры следует предусмотреть.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Укажите, какие оболочки Земли входят в биосферу и почему жизнь не занимает их целиком. Нужно назвать области распространения организмов и связать их границы с условиями существования. Важно не спутать оболочку, где есть жизнь, со всей толщей каждой оболочки Земли.

1. Перечислим части оболочек, в которых встречаются организмы: нижняя часть атмосферы, гидросфера и верхняя часть литосферы.
2. Сопоставим их с условиями жизни: в разных местах различаются температура, давление, доступность воды, света и веществ.
3. Сделаем вывод: за пределами подходящих условий организмы существовать не могут, поэтому биосфера включает только часть атмосферы и литосферы, хотя гидросфера охвачена жизнью практически повсеместно.

Ответ. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Жизнь не занимает эти оболочки полностью, потому что в отдельных областях условия слишком неблагоприятны для организмов.

Задача 2

Условие. На примере вырубки леса объясните цепочку изменений в экосистеме и возможные последствия для окружающей среды. Нужно показать не только прямое удаление деревьев, но и то, как оно меняет местообитания и связи между организмами. Последствия зависят от площади вырубки, особенностей территории и того, восстанавливают ли лес.

1. Начинаем с причины: при удалении деревьев исчезает часть кормовых и укрывных мест, поэтому животные и растения теряют привычные условия обитания.
2. Затем прослеживаем изменения: численность некоторых видов снижается или животные перемещаются, нарушаются пищевые связи, а открытая почва сильнее подвергается воздействию воды и ветра.
3. Оцениваем последствия шире: эрозия может ухудшить состояние почвы и водоёмов, а сокращение лесного покрова меняет местные условия среды. Восстановление леса и сохранение участков природной растительности могут уменьшить ущерб.

Ответ. Вырубка ведёт от потери деревьев и местообитаний к изменению численности организмов и пищевых связей. При большой площади и отсутствии восстановления возможны эрозия почвы, ухудшение состояния водоёмов и обеднение сообщества.

Задача 3

Условие. Предложите меры, которые уменьшат влияние промышленного предприятия на экосистему, и объясните, как они поддерживают устойчивость биосферы. Одной меры недостаточно: следует оценить выбросы, стоки, расход сырья и влияние на ближайшие местообитания. Решения нужно связывать с конкретными источниками воздействия и проверять их результат.

1. Сначала определяем возможные пути воздействия: выбросы попадают в воздух, стоки — в воду, отходы занимают территорию, а добыча сырья меняет природные участки.
2. Предлагаем меры по каждому пути: установить очистку выбросов и сточных вод, сокращать и повторно использовать сырьё, безопасно обращаться с отходами. При размещении и расширении предприятия следует учитывать ценные местообитания и не допускать их необоснованного разрушения.
3. Обосновываем и проверяем решения: меньше загрязнителей поступает в среду, а рациональный расход ресурсов снижает нагрузку на экосистемы. Регулярный контроль выбросов и состояния воды показывает, работают ли принятые меры.

Ответ. Очистка выбросов и стоков, сокращение отходов, повторное использование ресурсов, охрана местообитаний и мониторинг уменьшают нагрузку на экосистему. Эти меры сохраняют условия жизни организмов и помогают поддерживать природные связи.

Типичные ошибки

Считать биосферой только совокупность живых организмов — значит забыть о среде, в которой они обитают, и об изменённых ими оболочках Земли. Такую ошибку допускают, когда слово связывают лишь с понятием «жизнь». Проверьте себя: в определении должны быть названы и организмы, и среда их существования.

Путать биосферу с экосистемой — значит смешивать глобальную область распространения жизни с конкретной системой организмов и среды, например озером. Ошибка возникает потому, что оба понятия описывают взаимосвязи живого и неживого. Чтобы проверить себя, спросите, идёт ли речь обо всей планете или об отдельной территории.

Понимать ноосферу как мир, в котором человек полностью подчинил себе природу, — неверно: идея предполагает разумное взаимодействие, а не безграничное господство. Такое толкование возникает, если принять влияние человека за право не учитывать природные ограничения. Проверьте себя: входят ли в ваше объяснение научное знание, ответственность и согласование действий с законами природы.

Считать любое воздействие человека обязательно разрушительным — слишком общее утверждение. Его допускают, когда не различают характер, масштаб и способы регулирования деятельности: например, природоохранные меры тоже являются воздействием человека. Для проверки оцените конкретный результат, условия и возможность уменьшить вред, а не только источник изменений.

Связь с другими темами

Чтобы понять тему, нужно знать, как в экосистемах связаны организмы, как происходят круговорот веществ и передача энергии. Эти знания объясняют, почему изменение одного звена может повлиять на другие части биосферы. Тема, в свою очередь, служит основой для изучения экологии, глобальных экологических проблем и способов охраны природы. При обсуждении природоохранных решений полезно соединять сведения об экосистемах с оценкой ресурсов и человеческой деятельности.

Что запомнить

• Биосфера включает живые организмы и среду, в которой они обитают.
• Живые организмы участвуют в круговороте веществ и преобразовании оболочек Земли.
• Человек стал мощным фактором изменений биосферы.
• Антропогенное воздействие может нарушать связи и равновесие в экосистемах.
• Ноосфера связана с разумным влиянием человека на биосферу.
• Сохранение биосферы требует ответственного использования природных ресурсов.