ЛЮДИНА І СЕРЕДОВИЩЕ ЇЇ ІСНУВАННЯ. ПОНЯТТЯ ПРО БІОСФЕРУ
В будові земної кулі виділяють зовнішні оболонки – атмосферу й гідросферу, і внутрішні – літосферу (земну кору), мантію та ядро. Земля має геосфери, тобто концентричні оболонки, з яких вона складається. Геосфери відрізняються структурою, фізичними і хімічними властивостями. Крім того виділяють ще географічну оболонку Землі (епігеосферу) – комплексну оболонку землі, яка існує в шарі взаємодії атмосфери, гідросфери, літосфери і біосфери. Біосфера (грец. "bios" – життя, "spharia" – куля, сфера) – оболонка нашої планети, в якій розвивається життя різноманітних організмів, що населяють воду, повітря, сушу, грунт. Вона охоплює нижню частину атмосфери (аеробіосфера) до висоти 25...30 км (до озонового шару), всю гідросферу (гідробіосфера) тобто річки, моря, океани та ін., верхню частину земної кори (террабіосфера) до глибини 3...5 км і верхні шари літосфери (літобіосфера). По останнім даним, товщина біосфери складає 40...50 км. Біосфера – активна оболонка Землі, у якій сукупна діяльність живих організмів проявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу, що служить основою середовиществорювання. Термін і поняття біосфери включає в себе як живі організми ("жива речовина"), так і середовище їх існування. По своїй структурі біосфера є результатом взаємодії живої і неживої матерії. Найважливішими компонентами біосфери є: жива речовина (рослини, тварини і мікроорганізми); біогенна (нежива) речовина (органічні та органікомінеральні продукти, створені живими організмами на протязі геологічної історії – кам‘яне вугілля, нафта, торф, та ін.); косна речовина (горні породи неорганічного походження і вода); біокосна речовина (продукт синтезу живого і неживого, тобто опадові породи, грунт, мул). Жива речовина має специфічний хімічний склад. В ній перебільшує водень (10 %), вуглець, кальцій, азот (по 1…10 %), кисень (65…70 %), сірка, калій, хлор (0,1…1 %). Загальна маса живої речовини оцінюється величиною (2,4…3,6)•1012 т. Усі компоненти біосфери знаходяться у тісному взаємозв‘язку. Відмінна і визначальна особливість біосфери складається в її цілісності та наявності життя. Жива речовина Землі являє собою саму потужну силу в біосфері, матеріально та енергетично визначаючи її функції. У результаті безперервної взаємодії (обміну) між компонентами біосфери під впливом живої речовини змінюються як організми, що її населяють так і середовище, в якому вони живуть. Завдяки живій речовині підтримується взаємозв‘язок і взаємообумовленість усіх компонентів в біосфері. В біосфері живі організми та середовище їх життєдіяльності органічно зв‘язані і постійно взаємодіють, утворюючи цілісну динамічну систему, яка існує завдяки кругообігу речовин. Цей багатосторонній і різноманітний зв‘язок визначає біосферу як гігантську екологічну систему, в якій людина є, з однієї сторони, біологічною часткою усієї системи, а з іншої − активним її перетворювачем. Біосфера закінчена, вона має певні визначені геометричні розміри і біологічні можливості. Тому не можна взяти від природи більше, ніж вона може дати. Наростаюча технічна та енергетична озброєність людства здійснює негативний вплив на збалансованість процесів у біосфері. Тому сьогодні глобальним завданням є визначення і здійснення допустимих меж впливу на біосферу з метою недопущення екологічної катастрофи. Непродумана виробнича діяльність людства не тільки підриває основу стійкості та організованості біосфери, але може привести до тяжких наслідків для самого суспільства. Кінцева мета людини у відношенні біосфери – управління усіма найважливішими процесами, що проходять в екологічних системах, тобто перетворення біосфери в ноосферу – сферу розуму. Ноосфера – вища стадія розвитку біосфери, яка характеризується збереженням усіх природних закономірностей, притаманних біосфері, на високому рівні розвитку господарських сил, наукової організації впливу суспільства на природу, максимальними можливостями суспільства задовольнити матеріальні та культурні потреби людства. В науці про ноосферу Вернадський В.І. виділив думку про те, що геохімічні функції людства характеризуються не його масою, а його виробничою діяльністю. Темп, напрямок, характер використання людством біогеохімічної енергії повинні визначатися не потребами, а Розумом людини. Він писав: "Людство, взяте в цілому, стає потужною геологічною силою. І перед ним, перед його думкою і працею стає питання про перебудову біосфери. Це новий стан біосфери, до якого ми, не помічаючи цього, наближаємося і є ноосфера". Ноосфера – не просто суспільство, існуюче в певному середовищі, і не просто природне середовище, що підпадає під сильний вплив людства, а щось ціле, у якому зливаються розвиваюче суспільство і змінюване природне середовище. Виникає цілком новий об‘єкт, в якому переплітаються закони неживої і живої природи, суспільства і мислення. Ноосфера – новий стан біосфери, оснований на універсальному зв‘язку природи і суспільства, коли подальша еволюція планети Земля зробиться направленою Розумом. Перехід біосфери в ноосферу розпочався з появою суспільства, розвитку науки і техніки. Зараз ноосфера знаходиться у стадії становлення. Завершуючи визначення поняття біосфери, необхідно сказати, що біосфера може існувати без людини. Людина існувати поза біосферою не може. У цілому біосфера представляє собою глобальну екологічну систему ("екосистему"), а її складові частини – локальні екосистеми. Наявність атмосфери є необхідною умовою життя на Землі. Кисень в атмосферному повітрі потрібен для дихання живих організмів, а вуглекислий газ – для "харчування" рослин. Озон поглинає в стратосфері ультрафіолетові промені, які у випадку проникнення до земної поверхні в значних кількостях здійснювали б негативну дію на живі істоти. Особливо важливою є також участь атмосфери в кругообігу води на Землі, перенос водяної пари повітряними течіями та його послідовна конденсація і випадання у вигляді опадів. Атмосфера є непоганим передавачем звуку. Крім того, розсіюючи світло, вона освітлює ділянки земної кулі, куди не попадають прямі сонячні промені. Велика кількість невичерпаної енергії вітру відкриває можливість для розвитку вітроенергетики. Людина користується атмосферою для повітряних сполучень, які мають швидкості, не отримані на суші та воді. Нарешті, верхні шари атмосфери – іоносфера дозволяє нам користуватися далеким радіозв‘язком на коротких хвилях. Атмосфера (грец. "аtmos" – повітря, "spharia" – куля, сфера) – природна зовнішня газова (повітряна) оболонка Землі. Вона простирається від поверхні Землі на висоту 1 500…2 000 км. Різкої верхньої межі вона не має і на значних висотах (біля 20 000 км) переходить у міжпланетне середовище. Її вертикальна протяжність складає біля трьох земних радіусів (середній радіус Землі становить 6 371 км), а загальна маса атмосфери 5,27•1015 т при масі Землі близько 6•1021 т, тобто менше однієї мільйонної частки маси Землі. Біля 99% маси атмосфери зосереджено в шарі, що розташований від земної поверхні до висоти 30…35 км. Вона забезпечує фізіологічні процеси дихання, регулює інтенсивність сонячної радіації, захищає живі організми від ушкоджуючої дії космічних випромінювань, утворює клімат планети, підтримує середню температуру поверхні Землі близько +1 4000С, є джерелом атмосферної вологи, а також середовищем, у яке видаляються залишкові газоподібні продукти життєдіяльності людей та інших живих істот – вуглекислий газ та ін. Нижня її частина – тропосфера (до 8...15 км від поверхні Землі) служить місцем існування аеробіонтів і формування аеробіосфери. Атмосферне повітря в товщі літосфери називають підземною тропосферою. Через атмосферу проходить фотосинтез, та обмін енергії в біосфері. Склад, температура, переміщення повітряних мас в атмосфері є необхідними умовами існування усіх живих організмів на Землі. На відміну від інших елементів біосфери атмосфера являє собою нерозривну єдність у масштабі усієї Землі. Для атмосфери характерна стійка саморегуляція якісного стану. Якість атмосфери, як і інших компонентів біосфери – узагальнений показник, який виражає такий її стан, при якому забезпечується постійний обмін речовини та енергії між живими і неживими компонентами природи, що і обумовлює постійне і безперервне відтворення життя на Землі. Атмосфера складається із суміші різних газів, яку називають повітрям. Основними компонентами цієї суміші є азот (78 і кисень (21 %). В невеликих кількостях у склад атмосферного повітря входять аргон, неон, гелій, криптон, водень, озон, ксенон (табл. 1.1). У складі повітря можна знайти ряд газів, таких як водяна пара, вуглекислий газ, метан, окисли азоту та сірки. Крім того, в повітрі постійно знаходиться велика кількість дуже маленьких рідких і твердих частинок пилу, диму, сажі, кіптяви, солей, води. В 1 см3 повітря міститься десятки, а в промислових центрах сотні тисяч пилинок. Пил, який містить в собі атмосфера, має різне походження. Найбільша його кількість піднімається вітром з поверхні землі; багато пилу попадає в атмосферу при вулканічних виверженнях, а також при зруйнуванні метеоритів, які падають з міжпланетного простору. Частки солі попадають в атмосферу головним чином в результаті випаровування дрібних крапель солоної морської води, яка уноситься вітром з поверхні морів та океанів. Завислі в повітрі тверді та рідкі домішки мають велике значення для протікання різноманітних явищ та процесів, які протікають в атмосфері. Особливо важливу роль грають частинки гігроскопічних речовин (наприклад, частинки солі), які служать ядрами конденсації. З них починається загущення водяної пари та створення крапель води. Ці гази і частинки можна розглядати як газові домішки атмосферного повітря. Кількість газових домішок змінюється в залежності від місцевості, пори року, погоди, висоти та інших факторів. Найбільш важливою змінною складовою частиною атмосфери є водяна пара, кількість якої у поверхні Землі коливається в значних межах: від 0,2...0,3% при низьких температурах над сушею (в полярних районах), до 3...4% при високих температурах над екватором (тропіками). Водяна пара поступає в атмосферу в результаті випаровування води з поверхні водойм і грунту. Основна її маса зосереджена в тропосфері. Однією з важливих змінних складових частин атмосфери є вуглекислий газ, кількість якого за останні 100 років виросла приблизно на 10%. Він поглинає теплове випромінювання Землі, створюючи тим самим "парниковий ефект". З віддаленням від поверхні землі атмосфера стає все більш розрядженою і поступово переходить в міжпланетний простір, тому яскраво вираженого зовнішнього кордону атмосфери не існує. Раніше умовним кордоном атмосфери прийнято було вважати ту найбільшу її висоту, на якій спостерігались будь які відомі метеорологічні явища. Атмосфера в залежності від характеру і причин фізичних процесів, що проходять в ній, може бути поділена на декілька горизонтальних шарів. В основу такого поділу покладені відмінності у складі повітря, характер взаємодії атмосфери із земною поверхнею і розподіл температури повітря з висотою. По складу повітря атмосфера ділиться на гомосферу ("гомо" – людський) і гетеросферу ("гетеро" – різний). В гомосфері (шар від земної поверхні до висоти приблизно 90...100 км.) у зв’язку з турбулентним переміщуванням склад сухого повітря, його молекулярна маса практично не змінюється з висотою. В гетеросфері (шар атмосфери вище 90...100 км.), яка складається із молекул азоту N2 і кисню О2, а також атомів О, Не, Н, під дією дифузного розподілення газів і процесу дисоціації молекул склад повітря міняється. Поступово збільшується вміст кисню, відбувається зменшення молекулярної ваги з висотою. При дисоціації гази переходять в атомарний стан. Частина молекул і газів при цьому отримують електричний заряд. По цьому ж принципу в атмосфері виділяють озоносферу (шар максимальної концентрації озону на висоті 20...25 км.) та іоносферу. Остання включає декілька шарів (D – на висоті біля 60 км., Е – на висоті 90...120 км., F – на висоті біля 180 км.) з підвищеною концентрацією іонів.
Таблиця 1.1. Приблизний склад атмосфери Елементи Вміст в нижніх шарах атмосфери, % по обсягу по масі
Азот Кисень Аргон Неон Гелій Криптон Водень Вуглекислий газ Водяна пара: у полярних широтах у екватора Озон: у тропосфері у стратосфері Ксенон Метан Окcид азоту Окcид вуглецю
- - - 0,00009 0,0000003 0,0000078 По виду взаємодії із земною поверхнею атмосферу ділять на граничний шар (шар тертя) і вільну атмосферу. В граничному шарі, товщина якого становить 1 000...1 500 м, добре виражений вплив поверхні, що підстилає, на добові зміни метеорологічних елементів. У вільній атмосфері тертя немає і вплив земної поверхні майже відсутній. По характеру розподілу температури повітря по вертикалі атмосфера ділиться на наступні основні і перехідні шари (табл. 1.2). В залежності від географічної широти, пори року і синоптичних процесів межі цих шарів можуть мати значні відхилення від приведених середніх їх значень. Тропосфера, нижній, найбільш щільний шар атмосфери, безпосередньо прилягає до земної поверхні. Товщина його в полярних районах 7...10 км., в помірних широтах 10...12 км., і в тропіках 16...18 км. Фізичні якості цього шару в значній мірі залежать від властивостей підстилаючої поверхні. В тропосфері зосереджено 90% всієї кількості водяної пари, що знаходиться в атмосфері. Таблиця 1.2 Розподіл атмосфери на шари Основні шари Середня висота, км. Перехідні шари Тропосфера 0…11 Тропопауза Стратосфера 11…50 Стратопауза Мезосфера 50…80 Мезопауза Термосфера 80…800 Термопауза Екзосфера Вище 800
Температура в цьому шарі атмосфери падає із зростанням висоти в середньому на 0,6500С через кожні 100 м. В тропосфері спостерігається найбільші зміни метеорологічних елементів, як по горизонталі, так і по вертикалі. Тропосферу умовно можна поділити на три шари. Нижня тропосфера (шар тертя) простирається до висоти 1,5...2 км. У цьому шарі найбільш різко відчувається тепловий і механічний вплив підстилаючої поверхні Землі. У ньому добре виражена добова хода усіх метеорологічних елементів. У нижній тропосфері створюються тумани та хмари нижнього ярусу. Вітер у шарі тертя збільшується з висотою пропорційно натуральному логарифму висоти і повертається праворуч. Середня тропосфера розташована на висотах від 2 до 6 км. Верхня тропосфера у помірних широтах простирається в шарі 6...10 км. Перехідний, вище тропосфери, шар називається тропопаузою і є потужним затримуючим шаром для процесів, що протікають в тропосфері. Товщина тропопаузи від 0,5 до 2 км. Природа тропопаузи вивчена не повністю. У ній уповільнюється падіння температури. Вона мов захисною плівкою огортає земну кулю, яка відіграє надзвичайно позитивну роль для життя на Землі. Стратосфера розміщується на висотах 11...50 км над поверхнею Землі. У ній міститься основна маса озону, який затримує згубне ультрафіолетове випромінювання Сонця. Знешкодження озонового шару привело б до підвищення температури на Землі на десятки градусів, знищенню більшості живих організмів і рослин. Активне вивчення космічного простору і господарська діяльність людини уже приводить до змін в озоновому шарі і вимагає великої уваги. Озоновий шар (озоносфера) значно впливає на тепловий режим планети (шар між 20 і 45 км.). В стратосфері температура на висоті 11...30 км практично не змінюється і по величині близька до температури тропопаузи (–50...–600С). В подальшому вона підвищується до 00С. В стратосфері швидкість вітру складає 6...10 м/с і більше, переважно західного напрямку. Однак літом на висоті більше 25 км відбувається поворот вітру із західного на східний. Тиск в стратосфері надає від 170 до 1...2 мм. рт. ст. У зв‘язку із зменшенням щільності повітря з висотою зменшується можливість застосування авіації. Мезосфера характеризується тим, що на висотах від 50 до 90 км спостерігається спад температури до –70...–800С. Вітровий режим дуже складний і недостатньо вивчений. Тиск в мезосфері незначний і складає соті долі мм. рт. ст., разом з тим політ штучних супутників неможливий. Процентний вміст сухого повітря залишається незмінним. Термосфера - потужний по товщині шар протяжністю від 90 до 800 км. Для термосфери характерне підвищення температури з висотою, доходячи на верхній межі 10 0000С. Тиск надзвичайно малий. Тут відбуваються полярні сяйва. В цьому шарі найбільша щільність космічних апаратів запущених людиною. Склад повітря змінюється. На висотах до 200 км переважає молекулярний азот, а вище 200 км – кисень, який під дією короткохвильового випромінювання розпадається на атоми і іони. В шарі вище 600 км основним компонентом атмосфери є гелій. Тому термосферу ще називають іоносферою. Термосфера є фізичною межею атмосфери. Екзосфера – самий верхній шар атмосфери, товщиною від 800 до 20 000 км, де по розрахунковим даним температура повітря коливається в межах від 750 до 2 000...5 0000С. В екзосфері переважає атомарний водень, тиск практично відсутній. Деякі вчені, що вивчають склад атмосфери, ділять її на два шари: гемосферу і гетеросферу. В гемосфері товщиною до 50 км молекулярна вага та відносний склад постійних компонентів повітря з висотою не змінюється. В гетеросфері присутні, поряд з молекулами, атоми та іони, а процентний склад повітря і його молекулярна вага з висотою змінюється. Стосовно поділу атмосфери відносно впливу земної поверхні наступне. Якщо розділити атмосферу по характеру дії на неї земної поверхні, то необхідно виділити граничний шар, висота якого складає 1…2 км, і вільну атмосферу. У граничному шарі добре виражені добові зміни основних метеорологічних елементів. На характер руху повітря у цьому шарі великий вплив має тертя на земній поверхні. Швидкість вітру у цьому шарі, як правило, росте з висотою, а вектор вітру звертає праворуч. В граничному шарі виділяють, звичайно, приземний шар повітря висотою в декілька десятків метрів. У цьому шарі з висотою відбуваються найбільш різкі зміни температури і вологи повітря, швидкості вітру тощо. Нерівномірність нагріву Сонцем земної поверхні та ряд інших факторів визначають загальну циркуляцію атмосфери – системи повітряних течій крупного планетарного масштабу, за допомогою яких відбувається міжширотний обмін повітряних мас (пасати, мусони, циклони, антициклони). Одним з найбільш важливих процесів взаємодії між поверхнею Землі і атмосферою є кругообіг води, де водяна пара конденсується і випадає у вигляді опадів (дощ, сніг, град, роса, туман та ін.). У спеціальній метеорології частіше усього приходиться стикатися з процесами, що проходять в приземному шарі атмосфери, точніше, у нижній його частині, тому що саме тут реалізуються бойові властивості зброї масового ураження, наслідки зруйнувань радіаційно і хімічно небезпечних об‘єктів, а також знаходиться переважна кількість цілей ураження цією зброєю. У приземній частині атмосфери діють люди, застосовується техніка, усе це викликає загрозу для осіб і вимагає необхідного захисту. Гідросфера – це водна оболонка Землі, яка включає океани, моря, ріки, озера, болота, льодовики і снігові покриви материків, підземні води. Гідросфера покриває 71 % поверхні земної кулі. Загальний обсяг води складає 1 465 млн км3. При цьому морські води становлять – 94 %, води грунтові – 4 %, льодовики –2 %, озера і водоймища – 0,4 %. У складі гідросфери особливе значення має Світовий океан. На його долю приходиться 70 % усієї поверхні планети Земля, у його водах міститься 96,3 % усіх вод гідросфери. Океан виконує надзвичайно важливі функції для підтримання життя на Землі, у тому числі і для життя людини, а також для погодних процесів. Фітопланктон океану засвоює енергію сонячного випромінювання і створює білки і жири, а атмосферу насичує киснем. Величезні запаси води Світового океану, поглинена сонячна енергія, розчинені речовини і гази роблять його головним регулятором обміну речовин і динамічної рівноваги в природі. Роль гідросфери пояснюється ще і тим, що ніяке біологічне життя не можливо без води. Вода необхідний компонент усіх біологічних процесів, місце існування багатьох необхідних для людини біологічних організмів. Гідросфера знаходиться у постійній взаємодії з атмосферою, літосферою і біосферою. Вважають, що в гідросфері зародилося Життя на Землі. Літосфера – це верхня тверда оболонка Землі, що поступово переходить в сфери з меншою твердістю речовини. Вона включає земну кору і верхню мантію Землі. Та її частина, що знаходиться над поверхнею Світового океану, називається землею. Із землею пов‘язано поняття ґрунту, який володіє здатністю давати життя рослинам. Протяжність літосфери складає 50…200 км, у тому числі товщина земної кори на континентах досягає 50…75 км, а на дні океану – 5…10 км. Верхня частина літосфери (в межах розповсюдження живої матерії) входить у склад біосфери. Літосфера має шарову структуру. По вислову В.Г. Вільямса, грунт являє собою складну комбінацію мінеральних та органічних речовин в яких ніколи, ні на одну хвилину немає стану спокою, яка наскрізь просякнута життям і живими істотами, яка сама дає життя і в якій стан спокою і нерухомості є станом смерті. Головну роль в створенні та функціонуванні ґрунту як компоненту біосфери грають мікроорганізми. Ґрунтовий покрив Землі не тільки годує рослини, але й виконує ряд функцій, пов’язаних з природним біогеохімічним кругообігом речовин. До них відносяться: мінералізація останків органічних речовин; акумуляція і розподіл енергії, який проходить через фотосинтез рослин; формування стоку річкової води і хімічного складу суші. Природне значення ґрунту в тому, що він здійснює зв’язок живої і неживої природи, атмосферного повітря, води і надр. Народногосподарське значення ґрунту заключається в тому, що він є основним засобом виробництва у сільському і лісному господарствах. В результаті господарської діяльності людини ґрунт забруднюється, висіданнями із атмосфери, забрудненими стічними водами та твердими відходами.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «ЛЮДИНА І СЕРЕДОВИЩЕ ЇЇ ІСНУВАННЯ. ПОНЯТТЯ ПРО БІОСФЕРУ» з дисципліни «Безпека життєдіяльності людини у надзвичайних ситуаціях»
і кисень (21 %). В невеликих кількостях у склад атмосферного повітря входять аргон, неон, гелій, криптон, водень, озон, ксенон (табл. 1.1). 