WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

Природні системи абіотичного середовища біосфери - Реферат

Реферат на тему:

Природні системи абіотичного середовища біосфери

Одним із визнаних світових фундаторів учення "Початку і вічності життя", пізнання законів природи і розвитку "живої речовини" на Землі є наш геніальний співвітчизник Володимир Іванович Вернадський*.

Він стверджував, що життя "живої речовини" (сукупності живих організмів) нерозривно зв'язане з матеріально-енергетичними процесами геологічної оболонки Землі і є планетарним явищем космічного характеру. Людина і всі інші живі організми зв'язані зі своїм матеріально-енергетичним середовищем передовсім харчуванням і диханням.

За В. І. Вернадським, поняття "біосфери" (від гр. ios — життя) як "оболонки життя" на планеті Земля, запровадив у біологію ще видатний французький учений Ламарк (1744—1829).

Що являє собою ця "оболонка"? Який її "потенціал стабільності" відносно техногенного впливу сучасної економіки? На це запитання далеко не кожна освічена людина може дати задовільну відповідь. Багато хто вважає, на жаль, що стурбованість спеціалістів екологічним станом Землі є занадто перебільшеною, декому навпаки — вважається страшна, непоправна екологічна катастрофа. І це не випадково. Освітні програми школи і вузів недостатньо грунтовно висвітлюють цю проблему.

Поняття біосфери, її параметри та енергетика

Досить часто студенти питають викладачів: невже й справді наша планета, середній діаметр якої 12 742 km, а маса 6 квадрильйонів тонн** () і поверхня 510 млн km2, 361 млн km2 котрої [70,8%] займає Світовий океан з глибиною до 11 022 m, зазнає незворотних змін унаслідок техногенного впливу?

Безумовно, людина не може знищити остаточно рослинного і тваринного світу планети, її океанів чи атмосфери, але вона може трагічно пошкодити життєдайне "навколишнє середовище" всього живого на Землі. З розвитком науки обгрунтування меж і суть самого поняття "навколишнє середовище" змінюється. За сучасною концепцією — це геологічна оболонка Землі, що в ній і відбуваються різні види біологічних перетворень та технологічних процесів економічної діяльності суспільства. Межі простору, де відбуваються біологічні процеси, — це тільки кількадесят метрів углиб земної кори і над її поверхнею. Співвідношення розмірів фізичних величин (довжини і маси) цього життєдайного простору біосфери зі всією земною кулею можна змоделювати у вигляді плівки вологи, тоншої за 0,1 mm, на кам'яній кулі діаметром 10 m (глибина земної кори на такій моделі становила б 0,5... 15 mm). Профіль, розміри і елементний склад земної кори зображено на рис. 17.

Над біосферою в межах сотень кілометрів, аж до магнітосфери, послідовно простягаються інші сфери: атмосфера, стратосфера, іоносфера, термосфера, які різняться за хімічним складом, густиною і відповідним специфічним впливом на стан біосфери. Під земною корою залягають енергетично активні зони літосфери, від стану яких залежить і стан біосфери. На схемі (рис. 18) в масштабі реальних співвідношень показано розміщення біосфери Землі.

Отже, біосфера — це відкрита термодинамічна система в тонкому прошарку на межі літосфери, гідросфери і атмосфери Землі, які формують абіотичне середовище і фактори впливу на стан і розвиток живих організмів. Розглянемо ті з них, що визначають основні термодинамічні параметри біосфери і абіотичні процеси в ній. Рушійною силою будь-яких процесів, як це ми вже довели у попередньому розділі, є енергія.

Могутнім енергетичним джерелом сонячної системи є Сонце, яке стабільно випромінює в космічний простір зі своєї поверхні радіацію колосальної потужності — близько 400 квадрільонів ват (~), втрачаючи при цьому, згідно з наведеною раніше формулою Ейнштейна, щосекунди масу 4 109 kg. Правомірне запитання: яка кількість сонячної енергії потрапляє на нашу планету?

Якщо виготовити добре термоізольовану ємкість (термос) з рідиною певної теплоємкості і направити в неї крізь отвір з прозорою плівкою сфокусований великою лінзою потік сонячних променів, то потужність сонячної радіації Р щодо поверхні лінзи можна розрахувати з формули:

,

де mр — маса рідини, kg; qр — теплоємність рідини, kJ/(kg K);Т2 – Т1 — різниця температур, на яку нагрілась рідина, ΔК; S — площа лінзи, m2; t — час нагрівання рідини від Т1 до Т2, s.

Рис. 17. Схема профілю земної кори.

Розріз по 40-градусній паралелі північної широти:1—осадові породи з гранітом; 2—базальтові породи; 3—речовини мантії

Якщо такий експеримент провести коректно, то відповідь дорівнюватиме кільком сотням ватів на m2, залежно від пори року, часу доби, географічної широти місцевості, метеорологічного стану атмосфери й чистоти повітря.

Енергію сонячної радіації вимірюють спеціальними приладами — соляриметрами або пірогеліометрами. Але покладемося на дані сучасної науки.

До верхньої межі атмосфери Землі надходить постійна енергія випромінювання Сонця з потужністю 2 cal ∙ cm–2 ∙ min–1, що у перерахунку на 1m2 за секунду (в SІ) становить  1,4 kW. Енергетичний спектр сонячного потоку (за довжиною хвиль) неоднорідний: від ультрафіолетового (0,3 ... 0,4 mkm) до інфрачервоного (0,7 ... 10 mkm). Проміжний діапазон (0,4 ... 0,7 mkm) становить видиме людським оком "біле" світло з частотою коливань 4 1014... 8 1017 Hz. Саме видима частина сонячного спектра "доносить" основну енергію сонячного потоку до поверхні Землі. Величина цієї енергії залежно від захмарення неба, запиленості повітря й інших характеристик атмосфери значно коливається, але не перевищує 60—70% від вихідної. Отже, за умови, коли Сонце стоїть у зеніті, а день ясний, на кожний квадратний метр Землі припадає до 1 kW променевої енергії.

Під час проходження крізь атмосферу на висоті 20... 25 km значна частина енергії ультрафіолетового проміння витрачається на іонізацію кисню і утворення його алотропної форми — озону О3. Сонячний спектр променевої енергії, яка падає на поверхню Землі, має приблизно до 45% видимого й інфрачервоного і до 20% ультрафіолетового проміння.

Нескладно орієнтовно підрахувати, який потік енергії падає на всю поверхню Землі. Узявши поверхневу густину теплового (променевого) потоку променів Сонця, який досягає Землі, постійною щодо всього перерізу () за діаметра Земної кулі 12742 km [], отримаємо сумарну потужність Р теплового потоку:

.

Важко уявити цю величезну потужність, навіть порівнявши її з сучасним блоком атомної станції в 1000 МW. Що ж відбувається з цією енергією Сонця на поверхні Землі? Значна частина її просто відбивається від поверхні Землі відповідно до показника альбедо (відношення енергії відбитого променя до падаючого) даної місцевості. Альбедо різних ділянок поверхні Землі, залежно від пори року, погоди та інших факторів, становить від кількох (3% — від поверхні морів і океанів) до десятків відсотків (90% — від поверхні снігового покриву). У середньому альбедо земної поверхні дорівнює близько 30%. Близько 45% променевої сонячної енергії перетворюється на теплову енергію матеріальних об'єктів Землі, на випаровування води, що забезпечує її кругообіг у природі, витрачається близько 20%, на утворення морських хвиль, течій океанів і вітру — значно менше 1%. Тільки близько 1% всієї сонячної енергії витрачається на основне енергетичне джерело життя на нашій планеті — фотосинтез. Тепло, яке надходить до біосфери з боку літосфери, порівняно з сонячним, є майже в 200 разів меншим.

На шляху сонячної радіації Земля — це потужний акумулятор енергії, який економно витрачає її на підтримання і стабілізацію глобальних кліматичних умов біосфери, які сформувалися протягом геологічних епох Землі.

Атмосфера

С

озон

учасний склад атмосфери Землі не випадковий, він різко відрізняється від атмосфери інших планет Сонячної системи (табл. 15) і перебуває в стані динамічної рівноваги з іншими визначальними факторами (абіотичними і біотичними) біосфери. Відносно невеликі зміни складу атмосферного повітря призвели б до непоправних змін у природі. Наприклад, зменшення вмісту кисню на 5—7% спричинило б вимирання багатьох видів живих організмів, а збільшення на таку саму величину — страшні пожежі лісів, які б не загасили навіть безперервні дощі. За даними сучасної науки формування складу повітря відбувалося протягом понад 3 млрд років від часу появи на Землі перших живих організмів. До того часу атмосфера формувалась виключно абіотичними факторами — активною вулканічною діяльністю Землі. У складі тогочасної атмосфери були азот, аміак, водень, діоксид і оксид вуглецю, метан, водяна пара, хлор, сірководень і деякі інші гази. Як бачимо, в атмосфері повністю бракувало молекулярного кисню. Відтак не існувало й озонового прошарку, бо саме під дією ультрафіолетового проміння сьогодні на висоті 15... 45 kmвідбувається перетворення 3О+ + 3О–  2О3. Відсутність озонового прошарку в атмосфері Землі не перешкоджала проникненню на поверхню суходолу й океанів енергії короткохвильового (ультрафіолетового) спектра сонця.

Вода (H2O) не є постійним компонентом атмосфери Землі і становить у середньому 0,2 — 2,5%. Як виняток, у тропіках — до 4 %, а у приполярних широтах і пустелях — близько 0%. Середня температура на поверхні Землі 286 К і тиск 7,013 105 Ра (760 mm Нg).

Loading...

 
 

Цікаве