Учение о биосфере

Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

Учебно-методическое пособие

Красноярск

СФУ

2012

УДК Б02.3(07)

ББК 26.9я73

Составитель: доцент Крючкова О.Е.

Э400 Учение о биосфере: учебно-методическое пособие [Текст] /сост. О.Е.Крючкова. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – 24 с.

Целью изучения дисциплины дисциплины «Учение о биосфере» — формирование у студентов основ знаний о биосфере как о глобальной экосистеме, о ее структуре, закономерностях функционировании и возможном прогнозе ее дальнейшего развития в связи с хозяйственной деятельностью человека.

Предназначено для студентов, обучающихся на очной форме обучения, по специальности 020801.65 «Экология».

УДК Б02.3(07)

ББК 26.9я73

© Сибирский

федеральный

университет, 2012

Содержание

Введение

4

1. Задачи изучения дисциплины

4

2. Содержание разделов и тем лекционного курса

5

3. Практические занятия (семинары)

7

4. Самостоятельная работа

23

5. Вопросы для подготовки к зачету по курсу «Учение о биосфере»

25

6. Учебно-методические материалы по дисциплине, литература, информационные ресурсы

28

Введение

Целью изучения дисциплины дисциплины «Учение о биосфере» — формирование у студентов основ знаний о биосфере как о глобальной экосистеме, о ее структуре, закономерностях функционировании и возможном прогнозе ее дальнейшего развития в связи с хозяйственной деятельностью человека.

Процесс экологизации многих отраслей знания, начавшийся в конце ХХ века, отражает озабоченность научного сообщества проблемами деградации окружающей среды и заметным изменением климата. Повсеместный характер этих явлений показал необходимость их рассмотрения в глобальном масштабе, что потребовало, прежде всего, изучения закономерностей строения и функционирования биосферы нашей планеты как глобальной экосистемы. Целостное восприятие биосферы Земли как сложноорганизованной системы позволяет, во-первых, более четко понимать проблемы и риски, которые могут возникнуть в связи с нерациональным природопользованием, и последствия их игнорирования как для природы, так и для человечества, во-вторых – разрабатывать оптимальные программы по их устранению.

Дисциплина «Учение о биосфере», изучающая живую оболочку Земли как экосистему высшего ранга, в фундаментальном образовании бакалавров направления «Экология и природопользование» имеет значение обобщающего курса, в котором знания естественнонаучного и гуманитарного циклов закономерно дополняют друг друга, в результате уточняя и углубляя понимание экологии в целом.

Программа определяет общий объем знаний по учению о биосфере в соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности подготовки 020801.65 – «Экология», специалист очной формы обучения, укрупненной группы 020000 «Естественные науки».

1. Задачи изучения дисциплины

Задачи изучения состоят в изучении особенностей и закономерностей функционирования биосферы как глобальной экосистемы.

В результате изучения курса «Учение о биосфере» студенты должны:

знать закономерности функционирования биосферы как экосистемы высшего уровня

понимать основные функции живого вещества биосферы

понимать особенности строения биосферы, ее границы и закономерности распространения живого вещества по поверхности планеты

понимать механизмы поддержания гомеостаза биосферы как глобальной экосистемы

понимать особенности взаимодействия физических, химических и биологических процессов в биосфере

знать закономерности эволюции биосферы

В результате изучения курса «Большой практикум. Микология» студенты должны уметь:

определять место и роль в биосфере живых организмов различных систематических групп

оценивать роль антропогенного фактора в состоянии и функционировании биосферы понимать место концепции устойчивого развития, предполагающей равновесное взаимодействие человечества и биосферы

2.Содержание разделов и тем лекционного курса

В лекциях излагаются основные сведения по темам курса, отражающие историю становления учения о биосфере, состояния его в наши дни и перспективы развития в будущем.

Раздел 1. Состав и строение биосферы

Тема 1.1. История возникновения и развития учения о биосфере

История развития учения о биосфере. Значение работ А. Гумбольдта, Ч. Дарвина, В.В. Докучаева и трудов других исследователей 18-19 веков для становления учения о биосфере. Работы В.И. Вернадского как фундамент учения о биосфере. Основные идеи Вернадского о биосфере.

Работы Н.В. Тимофеева-Ресовского, Н.Ф. Реймерса, Н.Н. Моисеева о биосфере*.

Тема 1.2. Положение учения о биосфере среди других дисциплин. Методы изучения биосферных процессов

Структура учения о биосфере (биогеография, биогеохимия, учение об окружающей среде) и его положение среди других дисциплин. Объем понятия «биосфера» в русской и зарубежной экологических школах. Экосфера, техносфера, ноосфера.

Системный подход в изучении экологических систем различного ранга и биосферы в целом. Методы регистрации состояния среды, оценки взаимодействия организмов с окружающей средой и друг с другом, математического моделирования и др. в изучения биосферных процессов.

Тема 1.3. Типы вещества биосферы и условия существования жизни в ней

Живое, косное, биогенное (палеобиогенное и необиогенное), биокосное и неземное вещество в составе биосферы. Условия существования жизни в биосфере (источники энергии, влажность, температурный режим, химический состав среды и пр.). Экосистемы в экстремальных условиях среды.

Тема 1.4. Билогическое разнообразие биосферы

Биоразнообразие биосферы. Основные систематические группы организмов биосферы, их численность и распространенность в биомах Земли. Функции организмов различных систематических групп в биосфере. Значение биоразнообразия в функционировании биосферы.

Тема 1.5. Вертикальная структура биосферы

Строение и население аэробиосферы, гидробиосферы, литобиосферы. Вертикальные границы распространения жизни в биосфере. Жизнь в высокогорьях, глубоководных областях, в разломах литосферы.

Тема 1.6. Горизонтальная структура биосферы

Природная зональность как одна из закономерностей в строении биосферы. Радиационная, гидротермическая и орогенетическая зональность. Географические пояса. Периодический закон географической зональности (закон Григорьева-Будыко). Основные типы биомов Земли, закономерности их строения и распределения по поверхности планеты.

Раздел 2. Функционирование биосферы

Тема 2.1. Биосфера как глобальная экосистема планеты Земля

Организованноть биосферы. Биосфера как система биогеоценозов. Биосфера как открытая система, находящаяся в динамическом равновесии. Гомеостаз биосферы. Принципы устойчивости биосферы. Поток энергии в биосфере. Первый и второй законы термодинамики в приложении к биологическим системам.

Тема 2.2. Основные биогеохимические функции и геологическая роль живого вещества

Газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, биохимическая, информационная, энергетическая, деструктивная, средообразующая, транспортная функции живого вещества биосферы. Геологическая роль живого вещества первого и второго рода. Роль живых организмов в формировании верхних слоев литосферы.

Тема 2.3. Динамика биосферы. Биологический круговорот веществ в биосфере

Большой (геологический) и малый (биологический) круговороты веществ в биосфере. Резервный и обменный фонды. Круговорот газообразных веществ. Осадочный цикл. Биогеохимические циклы неметаллов (кислород, водород, углерод, сера, фосфор,азот, кремний) и металлов (кальций, железо) в биосфере. Характерные особенности биологического круговорота веществ. Закон развития системы за счет окружающей ее среды. Закон биогенной миграции атомов (закон Вернадского). Закон константности количества живого вещества. Закон сохранения массы вещества применительно к экосистемам.

Тема 2.4. Продуктивность биосферы

Общая годовая продуктивность биосферы, ее распределение по поверхности планеты. Сообщества высшей, высокой, умеренной и низкой продуктивности. Парадокс тропических лесов. Особенности продуктивности водных экосистем.

Тема 2.5.Эволюция биосферы

Гипотезы возникновения жизни на Земле. Основные тенденции эволюции биосферы. Теория катастроф в развитии биосферы. Эпохи катастрофического снижения видового разнообразия в истории биосферы. Основные черты эволюции важнейших царств живой природы. Роль симбиоза в эволюции и функционировании биосферы.

Тема 2.6. Устойчивость биосферы.

Теория биотической регуляции. Роль биоты в гомеостазе биосферы. Важность сохранения биологического разнообразия для сохранения устойчивости основных параметров среды биосферы.

Раздел 3. Человек и биосфера

Тема 3.1. Эволюция экологических ниш человека.

Происхождение и эволюция человека. Миграция человеческих популяций. Ниша собирателей, охотников и рыболовов. Начало техногенеза и формирования техносферы. Сельскохозяйственная революция. Ниша земледельцев и скотоводов. Промышленная революция. Ниша ремесленников. Научно-техническая революция. Ниша информаторов.

Тема 3.2. Экологические кризисы в истории коэволюции человечества и биосферы

Экологические кризисы и катастрофы антропогенного происхождения в истории биосферы. Трансформация ландшафтов как результат хозяйственной деятельности человека. Кризис консументов. Кризис редуцентов. Кризис продуцентов. Деградация среды обитания. Кризис невозобновимых ресурсов. Обострение кризисов всех компонентов экосистемы.

Тема 3.3. Кризис саморегуляции стабильности биосферы

Глобальное изменение климата как признак нарушения устойчивости биосферы.

Причины и следствия планетарного экологического кризиса. Хозяйственная емкость, или предел возмущения биосферы.

Глобальные проблемы биосферы и человечества. Демографический взрыв. Рост потребления ресурсов планеты. Сокращение видового разнообразия. Нарушение биогеохимических циклов. Загрязнение и деградация среды обитания.

Тема 3.4. Пути выхода из кризиса. Коэволюция природы и общества. Ноосфера. Ноосферогенез

Научные основы предложений по выходу из кризиса. Стратегия устойчивого развития. Принципы и мероприятия устойчивого развития. Биосферное мировоззрение. Биосферные запреты и ограничения – основа экологического императива. Ноосфера: гипотезы и дискуссия. Закон ноосферы Вернадского.

Переход от антропоцентризма к геоцентризму как результат экологизации многих отраслей знания и хозяйственной деятельности человека.

3.3 Практические занятия (семинары)

В высшей школе семинар предназначается для углублённого изучения студентами дисциплины. При этом используются два вида семинаров: в форме докладов и сообщений; в вопросно-ответной форме. Сущность семинаров заключается в коллективном обсуждении предложенных вопросов, сообщений, рефератов, докладов, подготовленных студентами под руководством преподавателя. В процессе семинарских занятий студенты приобретают навыки проведения научных исследований и их оформления, учатся защищать развиваемые научные положения и выводы.

В ходе семинарских занятий студенты изучают особенности и закономерности функционирования биосферы как глобальной сложноорганизованной экосистемы, основные функции живого вещества в ней и механизмы поддержания гомеостаза биосферы как глобальной экосистемы. Важное положение отводится роли антропогенного фактора в состоянии и функционировании биосферы и концепции устойчивого развития, предполагающей равновесное взаимодействие человечества и биосферы (таб. 1).

Таблица 1

п/п

№ раздела

дисциплины

Темы занятий

Модуль 1. Учение о биосфере

1.

Раздел 1. Состав и строение биосферы

Введение в учение о биосфере

Знакомство с программой читаемого курса и литературой. История развития учения о биосфере. Работы А. Гумбольдта, В.В. Докучаева, В.И. Вернадского как этапы в становлении учения о биосфере (2 часа) (вводный семинар)

2.

Условия существования жизни на планете Земля: источники энергии в биосфере

Солнце как источник энергии в биосфере. Значение циклов солнечной активности для биосферы. Магнитосфера Земли. Влияние магнитных полей на биосферу. Влияние ионизирующего излучения на биосферу, его естественные и антропогенные источники (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

3.

Условия существования биосферы планеты Земля: атмосфера, гидросфера

Газовый состав и вертикальное строение атмосферы. Роль глобальной циркуляции атмосферы в формировании климата Земли (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

4.

Условия существования биосферы планеты Земля: атмосфера, гидросфера

Роль глобальной циркуляции гидросферы в формировании климата Земли. Эль-Ниньо (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

5.

Условия существования биосферы планеты Земля: литосфера

Влияние особенностей рельефа на формирование и функционирование биосферы. Вулканические процессы в истории биосферы. Распространенность химических элементов в земной коре и в живых организмах (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами).

6.

Распространение жизни в биосфере. Водные экосистемы

Вертикальная экологическая зональность океана. Значение Луны в функционировании биосферы. Глубоководные экосистемы (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами).

7.

Прибрежные и болотные экосистемы

Экосистемы затапливаемых территорий (береговая линия). Болота. Роль болот в гидрологическом режиме экосистем (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

8.

Экосистемы экстремальных местообитаний (водная среда)

Экосистемы гидротермальных источников, содовые и соленые озера. Глубоководные и гидротермальные экосистемы океана (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

9.

Экосистемы экстремальных местообитаний

Экосистемы высокогорий. Эоловая зона. Экосистемы пещер. Жизнь в разломах литосферы (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами).

10.

Распространение жизни в биосфере. Экосистемы наземно-воздушной среды обитания

Закономерности строения и распределения основных биомов Земли. Географическое положение, климат, биологическая продуктивность, жизненные формы биоты и структура основных биомов: леса и лесостепей. степей и полупустынь, пустынь (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

11

Распространение жизни в биосфере. Экосистемы наземно-воздушной среды обитания

Закономерности строения и распределения основных биомов Земли. Географическое положение, климат, биологическая продуктивность, жизненные формы биоты и структура основных биомов: степи и лесостепи (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

12.

Распространение жизни в биосфере. Экосистемы наземно-воздушной среды обитания

Закономерности строения и распределения основных биомов Земли. Географическое положение, климат, биологическая продуктивность, жизненные формы биоты и структура основных биомов: пустыни и полупустыни (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

13

Распространение жизни в биосфере. Экосистемы наземно-воздушной среды обитания

Закономерности строения и распределения основных биомов Земли. Географическое положение, климат, биологическая продуктивность, жизненные формы биоты и структура основных биомов: тундры и ледяные пустыни (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

14.

Коллоквиум. Тема «Состав и строение биосферы»

15.

Раздел 2. Функционирование биосферы

Функции живого вещества в биосфере. 1

Геологическая роль живого вещества первого и второго рода. Газовая и средообразующая функции живого вещества (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

16.

Функции живого вещества в биосфере. 2

Окислительно-восстановительная, биохимическая, энергетическая, транспортная функции живого вещества (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами).

17

Функции живого вещества в биосфере. 3

Концентрационная функция живого вещества. Деструктивная функция живого вещества в биосфере. Роль живых организмов в формировании верхних слоев литосферы (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

18

Биологический круговорот веществ в биосфере (неметаллы)

Роль живого вещества биосферы в биогеохимических циклах кислорода, водорода, углерода, азота, фосфора, серы, кремния, кальция, железа (2 часа). (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

19

Биологический круговорот веществ в биосфере (металлы)

Роль живого вещества биосферы в биогеохимических циклах кислорода, водорода, углерода, азота, фосфора, серы, кремния (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами).

20

Продуктивность биосферы

Продуктивность биомов Земли и лимитирующие ее условия и факторы (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

21

Эволюция биосферы

Основные этапы эволюции биосферы. Экологические катастрофы в истории планеты: причины и следствия (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами).

22

Климат в функционировании биосферы

Эволюция атмосферы планеты. Изменения климата в истории планеты: вопросы палеоклиматологии (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

23

Проблемы устойчивости биосферы

Механизмы гомеостаза биосферы. Теория биотической регуляции. Гипотеза Геи Джеймса Лавлока (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

24

Коллоквиум. Тема «Функционирование биосферы)

25

Раздел 3. Человек и биосфера

Феномен человека

Человек как биосоциальное существо. Миграции человека и социокультурные адаптации к новым местам обитания. Эволюция экологических ниш человека (2 часа) (семинар в вопросно-ответной форме, выступление с докладами)

27

Антропогенное влияние на биосферу



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст