Термин биосфера был предложен в и вернадским да нет: Проверочная работа «Основы учения о биосфере»

Содержание

Проверочная работа «Основы учения о биосфере»

ВАРИАНТ 1

Задание А. Выпишите номера вопросов, против них запишите буквы правильных ответов.

  1. Оболочка Земли, заселенная живыми организмами, называется:
  2. а) гидросфера;

    б) литосфера;

    в) атмосфера;

    г) биосфера.

  3. Учение о биосфере было создано:
  4. а) Ж.Б. Ламарком;

    б) В.И. Вернадским;

    в) Э. Зюссом;

    г) Э. Леруа.

  5. Граница биосферы в атмосфере находится на высоте:
  6. а) 77 км;

    б) 12,5 км;

    в) 10 км;

    г) 2 км.

  7. Пленка жизни на поверхности Мирового океана называется:
  8. а) планктон;

    б) нектон;

    в) бентос;

    г) нейстон.

  9. В Мертвом море фактором, ограничивающим распространение жизни, является:
  10. а) отсутствие воды в жидкой фазе;

    б) концентрация соли свыше 270 г/л;

    в) отсутствие элементов минерального питания;

    г) все перечисленные условия.

  11. Живое вещество – это:
  12. а) совокупность всех растений биосферы;

    б) совокупность всех животных биосферы;

    в) совокупность всех живых организмов биосферы;

    г) нет правильного ответа.

  13. К косному веществу биосферы относятся:
  14. а) нефть, каменный уголь, известняк;

    б) вода, почва;

    в) гранит, базальт;

    г) растения, животные, грибы, бактерии.

  15. Концентрационная функция живого вещества состоит в способности:
  16. а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;

    б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;

    в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;

    г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

  17. Биосфера – это глобальная саморегулирующаяся система со своим входом и выходом:
  18. а) да;

    б) нет.

  19. Ноосфера – это:

а) сфера прошлой жизни;

б) сфера разумной жизни;

в) сфера будущей жизни;

г) правильного ответа нет.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. Живое вещество является мощной геологической силой, преобразующей лик планеты. Приведите примеры влияния живого вещества на оболочки Земли.
  2. Какое вещество биосферы называется биогенным? Приведите примеры.
  3. Почему граница биосферы в атмосфере находится на высоте 77 км?
  4. Перечислите функции живого вещества. Раскройте сущность энергетической функции.
  5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве воды?
  6. Какое значение имеет азот в жизни растений?
  7. Составьте нектонную пищевую цепь в Мировом океане.
  8. Какое влияние на биосферу Земли оказало использование человеком огня?

ВАРИАНТ 2

Задание А. Выпишите номера вопросов, против них запишите буквы правильных ответов.

  1. Биосфера – это:
  2. а) водная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

    б) воздушная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

    в) твердая оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

    г) часть всех оболочек Земли, заселенная живыми организмами;

  3. Термин “биосфера” был предложен:
  4. а) Ж.Б. Ламарком;

    б) В. И. Вернадским;

    в) Э. Зюссом;

    г) Э. Леруа.

  5. Границы биосферы в гидросфере проходит на глубине:
  6. а) 1 км;

    б) 2 км;

    в) 10 км;

    г) гидросфера заселена живыми организмами полностью.

  7. Сгущение жизни на дне Мирового океана называется:
  8. а) планктон;

    б) нектон;

    в) бентос;

    г) нейстон

  9. В пустыне Уайт Сэндс (США) фактором, ограничивающим распространение жизни, является:
  10. а) отсутствие воды в жидкой фазе;

    б) концентрация соли свыше 270 г/л;

    в) отсутствие элементов минерального питания;

    г) все перечисленные условия.

  11. Совокупность всех живых организмов биосферы В.И.Вернадский предложил назвать:
  12. а) жизнь;

    б) биомасса;

    в) живое вещество;

    г) правильного ответа нет.

  13. К биокосному веществу биосферы относятся:
  14. а) нефть, каменный уголь, известняк;

    б) вода, почва;

    в) гранит, базальт;

    г) растения, животные, грибы, бактерии.

  15. Газовая функция живого вещества состоит в способности:
  16. а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;

    б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;

    в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;

    г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

  17. Биосфера – это глобальная нерегулирующаяся система, имеющая вход, но не имеющая выхода:
  18. а) да;

    б) нет.

  19. Эжен Леруа:

а) создал учение о биосфере;

б) предложил термин “биосфера”;

в) предложил термин “ноосфера”;

г) был другом В. И. Вернадского.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. Приведите несколько определений биосферы.
  2. Какие факторы определяют границы биосферы в атмосфере?
  3. Каковы основные функции живого вещества в биосфере? Раскройте сущность концентрационной функции.
  4. Какое вещество биосферы является косным? Приведите примеры.
  5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве минеральных веществ?
  6. Какое значение имеет калий в жизни растений?
  7. Приведите пример бентосной пищевой цепи.
  8. Какое значение оказало возникновение городов на биосферу Земли?

ВАРИАНТ 3

Задание А. Выпишите номера вопросов, против них запишите буквы правильных ответов.

  1. Оболочка Земли, заселенная живыми организмами, называется:
  2. а) гидросфера;

    б) литосфера;

    в) атмосфера;

    г) биосфера.

  3. Учение о биосфере было создано:
  4. а) Ж.Б. Ламарком;

    б) Ч. Дарвиным;

    в) Э. Зюссом;

    г) правильного ответа нет.

  5. Граница биосферы в литосфере на суше находится на глубине:
  6. а) 100-200 м;

    б) 1-2 км;

    в) 3-4 км;

    г) 100-200 км.

  7. Группа пассивно плавающих в толще Мирового океана живых организмов называется:
  8. а) планктон;

    б) нектон;

    в) бентос;

    г) нейстон.

  9. На склоне горы Мак-Кинли (Аляска) фактором, ограничивающим распространение жизни, является:
  10. а) отсутствие воды в жидкой фазе;

    б) концентрация соли свыше 270 г/л;

    в) отсутствие элементов минерального питания;

    г) все перечисленные условия.

  11. Совокупность всех живых организмов биосферы называется:
  12. а) косное вещество;

    б) биокосное вещество;

    в) живое вещество;

    г) биогенное вещество.

  13. К биогенному веществу биосферы относятся:
  14. а) нефть, каменный уголь, известняк;

    б) вода, почва;

    в) гранит, базальт;

    г) растения, животные, грибы, бактерии.

  15. Окислительно-восстановительная функция живого вещества состоит в способности:
  16. а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;

    б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;

    в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;

    г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

  17. Биосфера – это глобальная саморегулирующаяся система со своим входом и выходом:
  18. а) да;

    б) нет.

  19. Учение о ноосфере было разработано:

а) В.И. Вернадским;

б) Э. Леруа;

в) П.Тейаром-де-Шарденом;

г) все ответы верны.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. Кто первым создал стройное учение о биосфере?
  2. Какие факторы определяют границы биосферы в гидросфере?
  3. Перечислите основные функции живого вещества. Раскройте понятие газовой функции.
  4. Какое вещество биосферы является биокосным? Приведите примеры.
  5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве гумуса?
  6. Какое значение имеет аэрация почвы в жизни растений?
  7. Как и почему с погружением в глубину меняется окраска водорослей?
  8. Перечислите три основные этапа в эволюции человека, которые оказали наибольшее влияние на биосферу.

ВАРИАНТ 4

Задание А. Выпишите номера вопросов, против них запишите буквы правильных ответов.

  1. Биосфера – это:
  2. а) водная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

    б) воздушная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

    в) твердая оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

    г) часть всех оболочек Земли, заселенная живыми организмами;

  3. Термин “биосфера” был предложен:
  4. а) Ж.Б. Ламарком;

    б) В.И. Вернадским;

    в) Э. Леруа;

    г) правильного ответа нет.

  5. Граница биосферы определяются:
  6. а) наличием воды в жидкой фазе;

    б) благоприятным температурным режимом;

    в) уровнем радиации;

    г) наличием кислорода и углекислого газа;

    д) степенью солености воды;

    е) всеми перечисленными факторами.

  7. Группа активно плавающих в толще Мирового океана живых организмов называется:
  8. а) планктон;

    б) нектон;

    в) бентос;

    г) нейстон.

  9. В арктических пустынях фактором, ограничивающим распространение жизни, является:
  10. а) отсутствие воды в жидкой фазе;

    б) концентрация соли свыше 270 г/л;

    в) отсутствие элементов минерального питания;

    г) все перечисленные условия.

  11. Совокупность всех живых организмов биосферы В.И. Вернадский предложил называть:
  12. а) жизнь;

    б) биомасса;

    в) живое вещество;

    г) правильного ответа нет.

  13. К живому веществу биосферы относятся:
  14. а) нефть, каменный уголь, известняк;

    б) вода, почва;

    в) гранит, базальт;

    г) растения, животные, грибы, бактерии.

  15. Энергетическая функция живого вещества состоит в способности:
  16. а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;

    б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;

    в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;

    г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

  17. Биосфера – это глобальная саморегулирующаяся система, не имеющая входа и выхода:
  18. а) да;

    б) нет.

  19. Ноосфера – это:

а) стадия разумной жизни;

б) сфера разумной жизни;

в) стадия развития биосферы;

г) все ответы верны.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. В. И. Вернадский писал: “Живое вещество… подобно массе газа растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление в окружающей среде”. Как вы понимаете это высказывание?
  2. Какие факторы определяют границы биосферы в литосфере?
  3. Что входит в понятие “живое вещество”?
  4. Перечислите основные функции живого вещества. Раскройте понятие окислительно-восстановительной функции.
  5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве воздуха?
  6. Какое влияние оказывает фосфор на жизнь растений?
  7. Приведите пример планктонной пищевой цепи.
  8. Какое значение оказало одомашнивание растений и животных на биосферу Земли?

ВАРИАНТ 1

Задание А

  1. г
  2. б
  3. а
  4. г
  5. б
  6. в
  7. в
  8. г
  9. а
  10. б

Задание Б

  1. Изменение газового состава атмосферы; накопление горных пород и минералов; вовлечение в круговорот отмерших органических остатков и др.
  2. Биогенное – созданное живыми организмами: нефть, каменный уголь, известняк.
  3. Выше – сильное ультрафиолетовое излучение, низкая температура воздуха, отсутствие кислорода и углекислого газа, высокий уровень радиации.
  4. Энергетическая, окислительно-восстановительная, газовая, концентрационная. Энергетическая состоит в способности зеленых растений ассимилировать и передавать по пищевой цепи энергию Солнца.
  5. Почва – верхний, рыхлый, плодородный слой литосферы, на котором растут и развиваются растения. Чтобы доказать наличие в почве воды, надо поместить небольшое количество почвы в пробирку и нагреть ее – на поверхности пробирки появится конденсат.
  6. Атомы азота входят в состав многих органических молекул. В отсутствии этого вещества невозможны нормальный рост и накопление фитомассы стеблей и листьев растения.
  7. Пример: хамса – скумбрия – дельфин.
  8. Негативное – создание пирогенных ландшафтов, опустынивание, изменение экосистем. Например, Сахара, Калахари, саванны Австралии – пирогенные ландшафты.

ВАРИАНТ 2

Задание А

  1. г
  2. в
  3. г
  4. в
  5. а
  6. в
  7. б
  8. б
  9. б
  10. в

Задание Б

  1. Биосфера – живая оболочка Земли. Биосфера – оболочка Земли, населенная живыми организмами. Биосфера – открытая, глобальная, саморегулирующаяся система со своим входом и выходом.
  2. Жесткий ультрафиолет, низкая температура воздуха, отсутствие кислорода и углекислого газа, высокий уровень радиации и др.
  3. Концентрационная функция состоит в способности живых организмов накапливать в себе химические элементы, например, кальций в раковинах моллюсков.
  4. Косное – вещество, которое формируется без участия живых организмов: результаты движения литосферных плит, метеориты, деятельность вулканов.
  5. Чтобы доказать наличие в почве наличие минеральных веществ, надо небольшое количество почвы растворить в воде, профильтровать, фильтрат выпарить. На часовом стекле останется небольшое количество минеральных солей.
  6. Ионы калия присутствуют в цитоплазм е всех живых клеток и участвуют во многих биохимических процессах. Одна из функций калия в организме растения – влияние на формирование корневой системы.
  7. Пример: детрит – двустворчатые моллюски – морские звезды.
  8. Негативное – концентрация населения и связанное с ней загрязнение среды бытовыми и промышленными отходами, исчезновение видов растений и животных и т.д.

ВАРИАНТ 3

Задание А

  1. г
  2. г
  3. в
  4. а
  5. в
  6. в
  7. а
  8. в
  9. а
  10. г

Задание Б

  1. В. И.Вернадский
  2. Высокое давление, отсутствие света, соленость водной среды выше 270 г/л.
  3. Энергетическая, окислительно-восстановительная, газовая, концентрационная. Газовая функция живого вещества состоит в способности живых организмов изменять газовый состав атмосферы, например, зеленые растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.
  4. Биокосное – вещество биосферы, возникающее при взаимодействии живых организмов и окружающей среды – почва.
  5. Почва – верхний, рыхлый, плодородный слой литосферы, на котором растут и развиваются растения. Чтобы доказать наличие в почве гумуса, нужно поместить почву в пробирку и нагреть. Через некоторое время появится характерный запах горящей органики.
  6. Аэрация – это степень насыщенности почвы воздухом. Воздух необходим для дыхания корней растения.
  7. С погружением в глубину окраска водорослей меняется от зеленой до бурой и красной. Это связано с уменьшением количества солнечного света, попадающего в более глубокие слои воды и, соответственно с уменьшением количества хлорофилла и увеличением количества каротиноидов.
  8. Использование огня, неолитическая революция (одомашнивание растений и животных), научно-технический прогресс.

ВАРИАНТ 4

Задание А

  1. г
  2. г
  3. е
  4. б
  5. г
  6. в
  7. г
  8. а
  9. б
  10. г

Задание Б

  1. Живое вещество распространено почти по всей земной поверхности, там, где есть подходящие условия для жизни. Живое вещество оказывает мощное давление на все оболочки Земли. Например, изменяет газовый состав атмосферы, способствует образованию горных пород, окисляет горные породы и др.
  2. Наличие воды в жидкой фазе, наличие свободного кислорода и углекислого газа, определенный температурный режим, наличие минимума минерального питания и др.
  3. Совокупность всех живых организмов биосферы.
  4. Окислительно-восстановительная функция заключается в способности живых организмов окислять и восстанавливать химические элементы.
  5. Чтобы доказать наличие в почве воздуха, нужно небольшое количество почвы бросить в воду – будут заметны выделяющиеся пузырьки воздуха.
  6. Атомы фосфора входят в состав многих органических молекул. Недостаток этого вещества у растений угнетает процессы цветения и плодоношения.
  7. Пример: фитопланктон – зоопланктон – медуза.
  8. Негативное – изменение экосистем, исчезновение многих видов растений и животных.

Тест по теме «Основные учения о биосфере»

Тест по теме «Основы учения о биосфере»

Вариант 1         Задание А. Выпишите номера правильных ответов.

1. Оболочка Земли, заселенная живыми организмами, называется:

а) гидросфера;    б) литосфера;         в) атмосфера;           г) биосфера.

2. Учение о биосфере было создано:

а) Ж.-Б. Ламарком;       б) В.И. Вернадским;    в) Э.Зюссом;         г) Э.Леруа.

3. Граница биосферы в атмосфере находится на высоте:

а) 77 км;        б) 12,5 км,        в) 10 км;      г) 2 км.

4. Пленка жизни на поверхности Мирового океана называется:

а) планктон;      б) нектон;      в) бентос;      г) нейстон.

5. В Мертвом море фактором, ограничивающим распространение жизни, является:

а) отсутствие воды в жидкой фазе;         б) концентрация соли свыше 270 г/л;
в) отсутствие элементов минерального питания;      г) все перечисленные условия.

6. Живое вещество – это:

а) совокупность всех растений биосферы;                      б) совокупность всех животных биосферы;
в) совокупность всех живых организмов биосферы;       г) нет правильного ответа.

7. К косному веществу биосферы относятся:

а) нефть, каменный уголь, известняк;   б) вода, почва;  в) гранит, базальт; г) растения, животные, бактерии, грибы.

8. Концентрационная функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

9. Биосфера – это глобальная саморегулирующаяся система со своим входом и выходом:       а) да;   б) нет.

10. Ноосфера – это:

а) сфера прошлой жизни;      б) сфера разумной жизни;   в) сфера будущей жизни;      г) правильного ответа нет.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. Какое вещество биосферы называется биогенным? Приведите примеры.

  2. Какое значение имеет азот в жизни растений?

Тест по теме «Основы учения о биосфере»

Вариант 2         Задание А. Выпишите номера правильных ответов.

1. Биосфера – это:      а) водная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
б) воздушная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
в) твердая оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
г) часть всех оболочек Земли, заселенная живыми организмами.

2. Термин «биосфера» был предложен:   а) Ж.-Б. Ламарком;     б) В.И. Вернадским;       в) Э.Зюссом; г) Э.Леруа.

3. Границы биосферы в гидросфере проходят на глубине:

а) 1 км;     б) 2 км;       в) 10 км;       г) гидросфера заселена живыми организмами полностью.

4. Сгущение жизни на дне Мирового океана называется:

а) планктон;      б) нектон;       в) бентос;   г) нейстон.

5. В пустыне Уайт Сэндс (США) фактором, ограничивающим распространение жизни, является:

а) отсутствие воды в жидкой фазе;   б) концентрация соли свыше 270 г/л;
в) отсутствие элементов минерального питания;         г) все перечисленные условия.

6. Совокупность всех живых организмов биосферы В.И. Вернадский предложил назвать:

а) жизнь;    б) биомасса;       в) живое вещество;  ттг) правильного ответа нет.

7. К биокосному веществу биосферы относятся:

а) нефть, каменный уголь, известняк;     б) почва;    в) гранит, базальт;      г) растения, животные, бактерии, грибы.

8. Газовая функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

9. Биосфера – это глобальная нерегулирующаяся система, имеющая вход, но не имеющая выхода:    а) да;  б)нет.

10. Эжен Леруа:      а) создал учение о биосфере;               б) предложил термин «биосфера»;
в) предложил термин «ноосфера»;      г) был другом В.И. Вернадского.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. Приведите несколько определений биосферы.

  2. Какое значение оказало возникновение городов на биосферу Земли?

Тест по теме «Основы учения о биосфере»

Вариант №1

Ответы: 1 – г; 2 – б; 3 – а; 4 – г; 5 – б; 6 – в; 7 – в; 8 – г; 9 – а; 10 – б.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. Биогенное – созданное живыми организмами: нефть, каменный уголь, известняк и др.)

  2. Атомы азота входят в состав многих органических молекул. В отсутствие этого вещества невозможны нормальный рост и накопление фитомассы стеблей и листьев растения.)

Вариант№ 2

Ответы: 1 – г; 2 – в; 3 – г; 4 – в; 5 – а; 6 – в; 7 – б; 8 – б; 9 – б; 10 – в.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

  1. (Биосфера – это живая оболочка Земли. Биосфера – это оболочка Земли, населенная живыми организмами. Биосфера – это открытая, глобальная, саморегулирующаяся система со своим входом и выходом.)

  2. (Негативное влияние – концентрация населения и связанное с ней загрязнение среды бытовыми и промышленными отходами, исчезновение видов растений и животных и др.)

Тест по биологии биосфера и человек. Тест по биологии «Биосферный уровень

Биосфера и человек
Задание #1
Вопрос:
Одной из главных причин сокращения видового разнообразия животных в
настоящее время является

1) чрезмерное размножение хищников
2) возникновение глобальных эпидемий ­ пандемий
3) разрушение мест обитания животных
4) межвидовая борьба
Задание #2
Вопрос:
Процесс изменения генов под воздействием окружающей среды называется
Запишите ответ:

Задание #3
Вопрос:
Необходимое условие сохранения равновесия в биосфере
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) усиление сельскохозяйственной и снижение промышленной деятельности
человека
2) замкнутый круговорот веществ и энергии
3) эволюция органического мира
4) усиление промышленной и снижение сельскохозяйственной деятельности
человека
Задание #4
Вопрос:
Какие из перечисленных животных вымерли из­за антропогенной деятельности
человека?
Выберите несколько из 6 вариантов ответа:
1) Эпиорнис
1

2) Тур
3) Зубр
4) Белый медведь
5) Морская корова
6) Морской котик
Задание #5
Вопрос:
Кому принадлежат слова: «Человек становится основной геологообразующей
силой планеты»?
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) В. Вернадский
2) И. Ньютон
3) Э. Зюсс
4) Э. Геккель
Задание #6
Вопрос:
Парниковый эффект ­ это
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) процесс созревания овощей в парнике
2) нарушение прохождения тепла из космоса к поверхности Земли
3) процесс создания парника на приусадебном участке
4) нарушение рассеивания тепла с поверхности Земли в космос
Задание #7
Вопрос:
Мутагены ­ это
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) среди ответов нет правильного
2) химические и физические факторы, вызывающие наследственные изменения
3) вид загрязнителя
4) разновидность бактерий, отрицательно воздействующий на организм человека
Задание #8
2

Вопрос:
Термин «экология» введен в науку
Выберите один из 4 вариантов ответа:
1) В. Вернадским
2) Э. Геккелем
3) Э. Зюссом
4) И. Ньютоном
Задание #9
Вопрос:
Как называется сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой
разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором
развития?
Запишите ответ:
__________________________________________
Задание #10
Вопрос:
Что не относится к видам загрязнения биосферы?
Выберите несколько из 5 вариантов ответа:
1) деструкционное (разрушающее) загрязнение
2) биоценотическое загрязнение
3) среди ответов нет правильного
4) ингредиентное загрязнение
5) энергетическое загрязнение
Ответы:
1) (1 б. ) Верные ответы: 3;
2) (1 б.) Верный ответ: «мутагенез».
3) (1 б.) Верные ответы: 2;
4) (1 б.) Верные ответы: 1; 2; 5;
5) (1 б.) Верные ответы: 1;
6) (1 б.) Верные ответы: 4;
7) (1 б.) Верные ответы: 2;
8) (1 б.) Верные ответы: 3;
9) (1 б.) Верный ответ: «ноосфера».

Задание А. Выпишите номера правильных ответов.

1.

2. а) Ж.-Б. Ламарком; б) В.И. Вернадским; в) Э.Зюссом; г) Э.Леруа.

3. Граница биосферы в атмосфере находится на высоте: а) 77 км; б) 12,5 км, в) 10 км; г) 2 км.

4.

5.

6. Живое вещество — это:

7.

8.

9.

10. Ноосфера — это:

11.

12.

13.

14. Сгущение жизни на дне Мирового океана называется: а) планктон; б) нектон; в) бентос; г) нейстон.

15.

а) отсутствие воды в жидкой фазе; б) концентрация соли свыше 270 г/л;
в) отсутствие элементов минерального питания; г) все перечисленные условия.

16.

а) жизнь;

17.

18.

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО 2 и выделять в атмосферу О 2 ;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

19.

10.

20.

а) гидросфера; б) литосфера; в) атмосфера; г) биосфера.

21. Учение о биосфере было создано:

22.

23.

а) планктон; б) нектон; в) бентос; г) нейстон.

24.

а) отсутствие воды в жидкой фазе; б) концентрация соли свыше 270 г/л;
в) отсутствие элементов минерального питания; г) все перечисленные условия.

25.

26.

а) нефть, каменный уголь, известняк; б) вода, почва; в) гранит, базальт; г) растения, животные, бактерии, грибы.

27.

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО 2 и выделять в атмосферу О 2 ;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

28. Биосфера — это глобальная саморегулирующаяся система со своим входом и выходом: а) да; б) нет.

29.

1. Биосфера — это: а) водная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
б) воздушная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
в) твердая оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
г) часть всех оболочек Земли, заселенная живыми организмами.

2. Термин «биосфера» был предложен: а) Ж-Б. Ламарком; б) В.И. Вернадским; в) Э.Леруа; г) нет ответа.

3. Границы биосферы определяются: а) наличием воды в жидкой фазе; д) степенью солености воды;

б) благоприятным температурным режимом; в) уровнем радиации; г) наличием кислорода и углекислого газа;

4.

а) планктон; б) нектон; в) бентос; г) нейстон.

5.

6. Совокупность всех живых организмов биосферы В.И. Вернадский предложил назвать:

7.

а)нефть, каменный уголь, известняк; б) вода, почва; в)гранит, базальт; г)растения, животные, бактерии, грибы.

8.

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО 2 и выделять в атмосферу О 2 ;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

9.

10. Ноосфера — это:

Задание Б.

1.

2.

3.

(4.

5.

6.

8. Например: хамса —> скумбрия —> дельфин. )

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

18.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30. Что входит в понятие «живое вещество»?

31.

32.

33.

34.

их очень невелика по сравнению с продуктивностью продуцентов. )

36.

Контрольная работа по теме «Основы учения о биосфере»

Вариант 1 Задание А. Выпишите номера правильных ответов.

1. Оболочка Земли, заселенная живыми организмами, называется:

а) гидросфера; б) литосфера; в) атмосфера; г) биосфера.

2. Учение о биосфере было создано:

а) Ж.-Б. Ламарком; б) В.И. Вернадским; в) Э.Зюссом; г) Э.Леруа.

3. Граница биосферы в атмосфере находится на высоте:

а) 77 км; б) 12,5 км, в) 10 км; г) 2 км.

4. Пленка жизни на поверхности Мирового океана называется:

а) планктон; б) нектон; в) бентос; г) нейстон.

5. В Мертвом море фактором, ограничивающим распространение жизни, является:

а) отсутствие воды в жидкой фазе; б) концентрация соли свыше 270 г/л;
в) отсутствие элементов минерального питания; г) все перечисленные условия.

6. Живое вещество — это:

а) совокупность всех растений биосферы; б) совокупность всех животных биосферы;
в) совокупность всех живых организмов биосферы; г) нет правильного ответа.

7. К косному веществу биосферы относятся:

а) нефть, каменный уголь, известняк; б) вода, почва; в) гранит, базальт; г) растения, животные, бактерии, грибы.

8. Концентрационная функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО 2 и выделять в атмосферу О 2 ;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

9. Биосфера — это глобальная саморегулирующаяся система со своим входом и выходом: а) да; б) нет.

10. Ноосфера — это:

а) сфера прошлой жизни; б) сфера разумной жизни; в) сфера будущей жизни; г) правильного ответа нет.

Ответы: 1 — г; 2 — б; 3 — а; 4 — г; 5 — б; 6 — в; 7 — в; 8 — г; 9 — а; 10 — б.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

1. Живое вещество является мощной геологической силой, преобразующей лик планеты. Приведите примеры влияния живого вещества на оболочки Земли.

(Изменениегазового состава атмосферы; накопление горных пород и минералов; вовлечение в круговорот отмерших органических остатков и др .)

2. Какое вещество биосферы называется биогенным? Приведите примеры.

(Биогенное — созданное живыми организмами: нефть, каменный уголь, известняк и др. )

3. Почему граница биосферы в атмосфере проходит на высоте 77 км?

(Выше — сильное ультрафиолетовое излучение, низкая температура воздуха, отсутствие кислорода и углекислого газа, высокий уровень радиации. )

4. Перечислите функции живого вещества. Раскройте сущность энергетической функции.

(

Энергетическая состоит в способности зеленых растений ассимилировать и передавать по пищевой цепи энергию Солнца. )

5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве воды?

(Почва — это верхний, рыхлый, плодородный слой литосферы, на котором растут и развиваются растения. Чтобы доказать наличие в почве воды, надо поместить небольшое количество почвы в пробирку и нагреть ее — на стенках пробирки появится конденсат. )

6. Какое значение имеет азот в жизни растений?

(Атомы азота входят в состав многих органических молекул. В отсутствие этого вещества невозможны нормальный рост и накопление фитомассы стеблей и листьев растения.)

(Биомасса продуцентов в Мировом океане составляет примерно 2,6 млрд т, что составляет примерно 8,5% от общей биомассы. Однако продуктивность продуцентов составляет 430 млрд т, что составляет всю продуктивность Мирового океана. )

8. Составьте нектонную пищевую цепь в Мировом океане. (Например: хамса —> скумбрия —> дельфин. )

9. Какое влияние на биосферу Земли оказало использование человеком огня?

(Негативное — создание пирогенных ландшафтов, опустынивание, изменение экосистем. Например, Сахара, Калахари, саванны Австралии — пирогенные ландшафты. )

Вариант 2 Задание А. Выпишите номера правильных ответов.

1. Биосфера — это: а) водная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
б) воздушная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
в) твердая оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
г) часть всех оболочек Земли, заселенная живыми организмами.

2. Термин «биосфера» был предложен: а) Ж.-Б. Ламарком; б) В.И. Вернадским; в) Э.Зюссом; г) Э.Леруа.

3. Границы биосферы в гидросфере проходят на глубине:

а) 1 км; б) 2 км; в) 10 км; г) гидросфера заселена живыми организмами полностью.

4. Сгущение жизни на дне Мирового океана называется:

а) планктон; б) нектон; в) бентос; г) нейстон.

5. В пустыне Уайт Сэндс (США) фактором, ограничивающим распространение жизни, является:

а) отсутствие воды в жидкой фазе; б) концентрация соли свыше 270 г/л;
в) отсутствие элементов минерального питания; г) все перечисленные условия.

6. Совокупность всех живых организмов биосферы В.И. Вернадский предложил назвать:

а) жизнь; б) биомасса; в) живое вещество; ттг) правильного ответа нет.

7. К биокосному веществу биосферы относятся:

а) нефть, каменный уголь, известняк; б) почва; в) гранит, базальт; г) растения, животные, бактерии, грибы.

8. Газовая функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО 2 и выделять в атмосферу О 2 ;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

9. Биосфера — это глобальная нерегулирующаяся система, имеющая вход, но не имеющая выхода: а) да; б)нет.

10. Эжен Леруа: а) создал учение о биосфере; б) предложил термин «биосфера»;
в) предложил термин «ноосфера»; г) был другом В.И. Вернадского.

Ответы: 1 — г; 2 — в; 3 — г; 4 — в; 5 — а; 6 — в; 7 — б; 8 — б; 9 — б; 10 — в.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

1. Приведите несколько определений биосферы.

(Биосфера — это живая оболочка Земли. Биосфера — это оболочка Земли, населенная живыми организмами. Биосфера — это открытая, глобальная, саморегулирующаяся система со своим входом и выходом. )

2. Какие факторы определяют границы биосферы в атмосфере?

(Жесткий ультрафиолет, низкая температура воздуха, отсутствие кислорода и углекислого газа, высокий уровень радиации и др. )

3. Каковы основные функции живого вещества в биосфере? Раскройте сущность газовой функции.

(Энергетическая, окислительно-восстановительная, газовая, концентрационная.

Газовая состоит в способности живых организмов изменять газовый состав атмосферы, например, зеленые растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.)

4. Какое вещество биосферы является биогенным? Приведите примеры.

(Биогенное — вещество, созданное живыми организмами, например, нефть, каменный уголь, известняк. )

5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве минеральных веществ?

(Почва — это верхний, рыхлый, плодородный слой литосферы, на котором растут и развиваются растения. Чтобы доказать наличие в почве минеральных веществ, надо небольшое количество почвы растворить в воде, профильтровать, фильтрат выпарить. На часовом стеклышке останется небольшое количество минеральных солей. )

6. Какое значение имеет калий в жизни растений?

(Ионы калия присутствуют в цитоплазме всех живых клеток и участвуют во многих биохимических процессах. Одна из функций калия в организме растения — влияние на формирование корневой системы. )

7. Приведите пример бентосной пищевой цепи.

(Например: детрит —> двустворчатые моллюски —> морские звезды. )

(Биомасса редуцентов в Мировом океане составляет ничтожную часть от общей биомассы, а продуктивность итого меньше. )

9. Какое значение оказало возникновение городов на биосферу Земли?

(Негативное влияние — концентрация населения и связанное с ней загрязнение среды бытовыми и промышленными отходами, исчезновение видов растений и животных и др. )

Вариант 3 Задание А. Выпишите номера правильных ответов.

1. Живая оболочка Земли, заселенная живыми организмами, называется:

а) гидросфера; б) литосфера; в) атмосфера; г) биосфера.

2. Учение о биосфере было создано:

а) Ж.-Б. Ламарком; б) Ч.Дарвином; в) Э.Зюссом; г) правильного ответа нет.

3. Границы биосферы в литосфере на суше проходят на глубине:

а) 100-200 м; б) 1-2 км; в) 3-4 км; г) 100-200 км.

4. Группа пассивно плавающих в толще Мирового океана живых организмов называется:

а) планктон; б) нектон; в) бентос; г) нейстон.

5. На склонах горы Мак-Кинли (Аляска) фактором, ограничивающим распространение жизни, является:

а) отсутствие воды в жидкой фазе; б) концентрация соли свыше 270 г/л;
в) отсутствие элементов минерального питания; г) все перечисленные условия.

6. Совокупность всех живых организмов биосферы называется:

а) косное вещество; б) биокосное вещество; в) живое вещество; г) биогенное вещество.

7. К биогенному веществу биосферы относятся:

а) нефть, каменный уголь, известняк; б) вода, почва; в) гранит, базальт; г) растения, животные, бактерии, грибы.

8. Окислительно-восстановительная функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО 2 и выделять в атмосферу О 2 ;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

9. Биосфера — это глобальная саморегулирующаяся система со своим входом и выходом: а) да; б) нет.

10. Учение о ноосфере было разработано:

а) В.И. Вернадским; б) Э.Леруа; в) П.Тейаром-де-Шарденом; г) все ответы верны.

Ответы: 1 — г; 2 — г; 3 — в; 4 — а; 5 — в; 6 — в; 7 — а; 8 — в; 9 — а; 10 — г.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

1. Кто первым создал стройное учение о биосфере?

(В.И. Вернадский. )

2. Какие факторы определяют границы биосферы в гидросфере?

(Высокое давление, отсутствие света, соленость водной среды выше 270 г/л. )

3. Перечислите основные функции живого вещества. Раскройте понятие концентрационной функции.

(Энергетическая, окислительно-восстановительная, газовая, концентрационная.

Концентрационная состоит в способности живых организмов накапливать в себе химические элементы, например, кальций в раковинах моллюсков.)

4. Какое вещество биосферы является биокосным? Приведите примеры.

(Биокосное — вещество биосферы, возникающее при взаимодействии живых организмов и окружающей среды, — почва. )

5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве гумуса?

(Почва — это верхний, рыхлый, плодородный слой литосферы, на котором растут и развиваются растения. Чтобы доказать наличие в почве гумуса, нужно поместить почву в пробирку и нагреть. Через некоторое время появится характерный запах горящей органики. )

6. Какое значение имеет аэрация почвы в жизни растений?

(Аэрация — это степень насыщенности почвы воздухом. Воздух необходим для дыхания корней растений. )

7. Как и почему с погружением в глубину меняется окраска водорослей?

(С погружением в глубину окраска водорослей меняется от зеленой до бурой и красной. Это связано с уменьшением количества солнечного света, попадающего в более глубокие слои воды и, соответственно с уменьшением количества хлорофилла и увеличением количества каротиноидов. )

8. Сравните биомассу поверхности суши с биомассой Мирового океана.

(Биомасса поверхности суши примерно в 800 раз больше биомассы Мирового океана. Однако на суше основную часть биомассы составляют продуценты, тогда как в Мировом океане, напротив, более 90% — консументы. )

9. Перечислите три основных этапа в эволюции человека, которые оказали наибольшее влияние на биосферу.

(Использование огня, неолитическая революция (одомашнивание растений и животных) и научно-технический прогресс. )

Вариант 4 Задание А. Выпишите номера правильных ответов.

1. Биосфера — это:

а) водная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
б) воздушная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
в) твердая оболочка Земли, заселенная живыми организмами;
г) часть всех оболочек Земли, заселенная живыми организмами.

2. Термин «биосфера» был предложен:

а) Ж-Б. Ламарком; б) В.И. Вернадским; в) Э.Леруа; г) правильного ответа нет.

3. Границы биосферы определяются:

а) наличием воды в жидкой фазе; ттб) благоприятным температурным режимом;
в) уровнем радиации; г) наличием кислорода и углекислого газа; ид) степенью солености воды;
е) всеми перечисленными факторами.

4. Группа активно плавающих в толще Мирового океана живых организмов называется:

а) планктон; б) нектон; в) бентос; г) нейстон.

5. В арктических пустынях фактором, ограничивающим распространение жизни, является:

а) отсутствие воды в жидкой фазе; б) отсутствие элементов минерального питания;
в) неблагоприятный температурный режим; г) все перечисленные условия.

6. Совокупность всех живых организмов биосферы В.И. Вернадский предложил назвать:

а) жизнь; б) биомасса; в) живое вещество; г) правильного ответа нет.

7. К живому веществу биосферы относятся:

а) нефть, каменный уголь, известняк; б) вода, почва; в) гранит, базальт;
г) растения, животные, бактерии, грибы.

8. Энергетическая функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;
б) зеленых растений использовать СО 2 и выделять в атмосферу О 2 ;
в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;
г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

9. Биосфера — это глобальная замкнутая саморегулирующаяся система, не имеющая входа и выхода: а) да; б) нет.

10. Ноосфера — это:

а) стадия разумной жизни; б) сфера разумной жизни; в) стадия развития биосферы; г) все ответы верны.

Ответы: 1 — г; 2 — г; 3 — e; 4 — б; 5 — г; 6 — в; 7 — г; 8 — а; 9 — б; 10 — г.

Задание Б. Кратко ответьте на поставленные вопросы.

1. В.И. Вернадский писал: «Живое вещество… подобно массе газа растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление в окружающий среде». Как вы понимаете это высказывание?

(Живое вещество распространено почти по всей земной поверхности, там, где есть подходящие условия для жизни. Живое вещество оказывает мощное давление на все оболочки Земли. Например, изменяет газовый состав атмосферы, способствует образованию горных пород (нефть, каменный уголь, известняк), окисляет горные породы и др. )

2. Какие факторы определяют границы биосферы в литосфере?

(Наличие воды в жидкой фазе, наличие свободного кислорода и углекислого газа, определенный температурный режим, наличие минимума минерального питания и др. )

3. Что входит в понятие «живое вещество»? (Совокупность всех живых организмов биосферы. )

4. Перечислите основные функции живого вещества. Раскройте понятие окислительно-восстановительной функции.

(Энергетическая, окислительно-восстановительная, газовая, концентрационная.
Окислительно-восстановительная состоит в способности живых организмов окислять и восстанавливать химические элементы.)

5. Что такое почва? Какой опыт можно поставить, чтобы доказать наличие в почве воздуха?

(Почва — это верхний, рыхлый, плодородный слой литосферы, на котором растут и развиваются растения. Чтобы доказать наличие в почве воздуха, нужно небольшое количество почвы бросить в воду — будут заметны пузырьки. )

6. Какое влияние оказывает фосфор на жизнь растений?

(Атомы фосфора входят в состав многих органических молекул. Недостаток этого вещества у растений угнетает процессы цветения и плодоношения. )

7. Приведите пример планктонной пищевой цепи.

(Например: фитопланктон —> зоопланктон —> медуза. )

(По биомассе консументы составляют более 90% общей биомассы Мирового океана, однако продуктивность их очень невелика по сравнению с продуктивностью продуцентов. )

9. Какое значение оказало одомашнивание растений и животных на биосферу Земли?

(Негативное — изменение экосистем, исчезновение многих видов растений и животных .)

Тест по Биосфере

1. К антропогенным факторам относятся

1) осушение болот, вырубка лесов, строительство дорог

2) растения, бактерии, грибы, животные, вирусы

3) минералы, растения, соленость воды, распашка полей

4) температура воздуха и воды, атмосферное давление

2. В биосфере

1) биомасса растений равна биомассе животных

2) биомасса животных во много раз превышает биомассу растений

3) биомасса растений во много раз превышает биомассу животных

4) соотношения биомасс растений и животных постоянно изменяется

3. По В.И. Вернадскому кислород является веществом

1) живым 2) биокосным 3) биогенным 4) косным

4. Верхняя граница биосферы находится на высоте 17-20 км от поверхности Земли, так как там

1) отсутствует кислород 3) очень низкая температура

2) отсутствует свет 4) размещается озоновый слой

5. Оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими, называется

1) гидросфера 2) литосфера 3) ноосфера 4) биосфера

6. Наибольшая концентрация живого вещества наблюдается

1) на стыке атмосферы, гидросферы и литосферы

2) в нижних слоях гидросферы

3) в верхних слоях атмосферы

4) в литосфере на глубине 200 м

7.Живое вещество биосферы планеты — это совокупность всех

1- всех растений и животных 2- многоклеточных организмов

3- микроорганизмов 4-живых организмов

8. Границы биосферы определяются

1- условиями, непригодными для жизни 2- колебаниями положительных температур

3- количеством выпадающих осадков 4- облачностью атмосферы

9. В соответствии с представлениями В.И. Вернадского к биокосным телам относят

1- почву 2- полезные ископаемые 3- газы атмосферы 4- животных

10. Производители органических веществ в биосфере — это

1- продуценты 2- редуценты 3- консумент ы 1 порядка 4- консументы 2 порядка ъ

11.Границы биосферы в атмосфере определены:

а) до высоты озонового слоя; в) ограничены высотой стратосферы.
б) простираются за озоновый слой;
12.Целостное учение о биосфере предложил:

а) Ж.Б.Ламарк; в) В.И.Вернадский.
б) Э.Зюсс;

13.Найдите соответствие «живое—биокосное—косное»:

а) «зеленые растения—вода—почва»;
б) «почва—вода—зеленые растения»;
в) «зеленые растения—почва—вода».

14.Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами:
а) автотрофы; в) эукариоты.
б) гетеротрофы;

15.Найдите соответствие «потребители—разрушители—производители»:

а) «консументы—редуценты—продуценты»;
б) «редуценты—продуценты—консументы»;
в) «продуценты—консументы—редуценты».

16. Организмы, самостоятельно образующие органические вещества из неорганических соединений:
а) автотрофы; в) прокариоты.
б) гетеротрофы;

17. Термин «биосфера» ввел в науку:
а) В. И. Вернадский; в) Ж. Ламарк.
б) Э. Зюсс;

18. Верхняя граница биосферы проходит на высоте:
а) 15-17 км; в) 25-50 км.
б) 16-25 км;

19. В литосфере живые организмы обнаружены на глубине:
а) 3 км; в) 12 км.
б) 8 км;

20. Нижняя граница биосферыв литосфере теоретически определяется:
а) наличием воды; в) высокой температурой.
б) условиями аэрации;

21. Организмы, создающие органические вещества из неорганических, называются:
а) продуцентами; в) редуцентами
б) консументами; .
22. Основным продуцентом в биосфере являются:
а)бактерии; в) зеленые растения.
б) грибы;

23. Организмы, разлагающие мертвое органическое вещество и возвращающие неорганические вещества в окружающую среду, называются:
а) продуцентами; в) редуцентами.
б) консументами;

24. Что является ограничивающим фактором, в большей степени препятствующим существованию жизни в верхних слоях атмосферы?

а) состав воздуха; в) ультрафиолетовое излучение;

б) температура; г) влажность.

А1. Явления круговорота веществ и энергии, происходящие при участии живых организмов, изучают на уровне

1) биосферном 3) популяционно-видовом

2) биогеоценотическом 4) организменном

А2. К антропогенным факторам относятся

1) осушение болот, вырубка лесов, строительство дорог

2) растения, бактерии, грибы, животные, вирусы

3) минералы, растения, соленость воды, распашка полей

4) температура воздуха и воды, атмосферное давление

А3. Одной из главных причин сокращения видового разнообразия животных в настоящее время является

1) межвидовая борьба

2) разрушение мест обитания животных

3) чрезмерное размножение хищников

4) возникновение глобальных эпидемий – пандемий

А4. Необходимое условие сохранения равновесия в биосфере

1) эволюция органического мира

2) замкнутый круговорот веществ и энергии

3) усиление промышленной и снижение сельскохозяйственной деятельности человека

4) усиление сельскохозяйственной и снижение промышленной деятельности человека

А5. В биосфере

1) биомасса растений равна биомассе животных

2) биомасса животных во много раз превышает биомассу растений

3) биомасса растений во много раз превышает биомассу животных

4) соотношения биомасс растений и животных постоянно изменяется

А6. Биосфера является открытой системой, так как она

А7. По В.И. Вернадскому кислород является веществом

1) живым 2) биокосным 3) биогенным 4) косным

А8. Верхняя граница биосферы находится на высоте 20 км от поверхности Земли, так как там

1) отсутствует кислород 3) очень низкая температура

2) отсутствует свет 4) размещается озоновый слой

А9. Оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими, называется

1) гидросфера 2) литосфера 3) ноосфера 4) биосфера

А10. По определению В.И. Вернадского ведущая роль в создании ноосферы принадлежит

1) бактериям 2) растениям 3) космосу 4) человеку

А11. Наибольшая концентрация живого вещества наблюдается

1) на стыке атмосферы, гидросферы и литосферы

2) в нижних слоях гидросферы

3) в верхних слоях атмосферы

4) в литосфере на глубине 200 м

А12. Поддержанию равновесия в биосфере, ее целостности способствует

1) сохранение биоразнообразия

2) вселение новых видов в экосистемы

3) создание агроэкосистем

4) расширение площади земель, занятых культурными растениями

А13. Развитие промышленности, транспорта, сельского хозяйства с учетом экологических закономерностей – необходимое условие

1) устойчивости биосферы

2) эволюции органического мира по пути ароморфоза

3) смены биогеоценозов

4) саморегуляции численности в популяциях

А14. Парниковый эффект в биосфере вызывает накопления в атмосфере

1) пыли 2) ядовитых веществ 3) углекислого газа 4) азота

А15. Устойчивость биосферы как глобальной экосистемы определяется

1) разнообразием ее видового состава

2) конкуренцией между организмами

3) популяционными волнами

4) закономерностями наследственности и изменчивости организмов

А16. Выделение в атмосферу оксидов серы, азота вызывает

1) уменьшение озонового слоя 3) выпадение кислотных дождей

2) засоление мирового океана 4) увеличение концентрации углекислого газа

А17. Необходимое условие устойчивого развития биосферы –

1) создание искусственных агроценозов

2) сокращение численности хищных животных

3) развитие промышленности с учетом экологических закономерностей

4) уничтожение насекомых-вредителей сельскохозяйственных культур

А18. В преобразовании биосферы главную роль играют

1) живые организмы 3) круговорот минеральных веществ

2) биоритмы 4) процессы саморегуляции

С1. Для сохранения и увеличения рыбных запасов установлены определенные правила рыболовства. Объясните, почему при ловле рыбы нельзя использовать мелкоячеистые сети и такие приемы лова, как травление или глушение рыбы взрывчатыми веществами. Приведите не менее двух причин.

С2. Какие последствия может иметь глобальное потепление? Приведите не менее трех причин.

Тест по теме «Биосфера – глобальная экосистема. Биосфера и человек»

Вариант 2

А1. В настоящее время наибольшие изменения в биосфере вызывают факторы

1) биотические 3) антропогенные

2) абиотические 4) космические

А2. Биосферу считают динамической системой, так как она

1) способна к саморегуляции 3) состоит из экосистем

2) способна изменяться во времени 4) связана с космосом обменом веществ

А3. Жизнь на Земле невозможна без круговорота веществ, в котором растения выполняют роль

1) разрушителей органических веществ 3) производителей органических веществ

2) источника минеральных веществ 4) потребителей органических веществ

А4. Основателем учения о биосфере является

1) В. Докучаев 2) Э. Геккель 3) В. Вернадский 4) Ч. Дарвин

А5. Нефть по В.И. Вернадскому является веществом

1) биогенным 2) живым 3) биокосным 4) косным

А6. Биосфера представляет собой глобальную экосистему, структурными компонентами которой являются

1) типы животных 3) популяции

2) биогеоценозы 4) отделы растений

А7. В биосфере биомасса животных

1) во много раз превышает биомассу растений

2) равна биомассе растений

3) во много раз меньше биомассы растений

4) в отдельные периоды превышает биомассу растений, а в другие нет

А8. Устойчивость биосферы обеспечивается

1) геомагнитными явлениями 3) атмосферными явлениями

2) хозяйственной деятельностью человека 4) круговоротом веществ

А9. Нижняя граница биосферы располагается в литосфере на глубине

1) 1 км 2) 8 км 3) 5 км 4) 3,5 км

А10. Биологическим круговоротом называется непрерывное движение веществ между

1) микроорганизмами и грибами

2) растениями и почвой

3) животными, растениями и микроорганизмами

4) растениями, животными, микроорганизмами и почвой

А11. К глобальным изменениям в биосфере, снижению плодородия почвы, вызванным воздействием человека, относят

1) эрозию и засоление, опустынивание

2) осушение болот

3) создание искусственных водохранилищ

4) известкование полей

А12. Загрязнение атмосферы оксидами серы и азота способствует

1) разрушению озонового слоя

2) разрушению структуры пахотного слоя

3) выпадению кислотных дождей и уничтожению лесов

4) вымыванию из почвы питательных веществ

А13. Расширение озоновых дыр приводит к

1) повышению температуры воздуха, частому появлению туманов

2) усилению ультрафиолетового излучения, вредного для здоровья

3) понижению температуры и повышению влажности воздуха

4) уменьшению прозрачности атмосферы и снижению интенсивности фотосинтеза

А14. Сохранению равновесия в биосфере способствует

1) создание новых сортов растений и пород животных

2) вселение новых видов в экосистему

4) внедрение в производство малоотходных технологий

А15. К глобальным изменениям в биосфере, связанным с гибелью многих организмов вследствие появления у них ряда отрицательных мутаций, может привести

1) парниковый эффект 3) вырубка лесов

2) таяние ледников 4) расширение озоновых дыр

А16. Глобальное потепление на Земле может наступить в результате

1) урбанизации ландшафтов

2) циклических процессов на Солнце

3) таяния ледников

4) парникового эффекта

А17. Парниковый эффект на Земле является следствием повышения в атмосфере концентрации

1) кислорода 2) углекислого газа 3) сернистого газа 4) паров воды

А18. Как предотвратить нарушения человеком равновесия в биосфере?

1) повысить интенсивность хозяйственной деятельности

2) увеличить продуктивность биомассы экосистем

3) учитывать экологические закономерности в хозяйственной деятельности

4) изучить биологию редких и исчезающих видов растений и животных

С1. В чем проявляются особенности биосферы как оболочки Земли? Приведите не менее трех особенностей.

С2.

Ответы к тесту

«Биосфера – глобальная экосистема. Биосфера и человек»

Вариант 1

С1. Для сохранения и увеличения рыбных запасов установлены определенные правила рыболовства. Объясните, почему при ловле рыбы нельзя использовать мелкоячеистые сети и такие приемы лова, как травление или глушение рыбы взрывчатыми веществами. Приведите не менее двух причин.

    При использовании мелкоячеистых сетей вылавливается много неподросшей рыбы, которая могла бы дать большое потомство.

    Травление или глушение взрывчатыми веществами – хищнические способы лова, при которых много рыбы гибнет бесполезно.

С2. Какие последствия может иметь глобальное потепление? Приведите не менее трех причин.

    Таяние льдов, подъем уровня мирового океана.

    Затопление больших площадей побережий, плотно заселенных людьми.

    Изменение климата и непредсказуемость погодных явлений.

Вариант 2

С1. В чем проявляются особенности биосферы как оболочки Земли? Приведите не менее трех особенностей.

    В биосфере протекают биохимические процессы, проявляется геологическая деятельность всех организмов.

    В биосфере происходит непрерывный биогенный круговорот веществ, регулируемый деятельностью организмов.

    Биосфера преобразует энергию Солнца в энергию неорганических веществ.

С2. Объясните, какой вред растениям наносят кислотные дожди. Приведите не менее трех причин.

    Непосредственно повреждают органы и ткани растений.

    Загрязняют почву, уменьшают плодородие.

    Понижают продуктивность растений.

Тестирование по теме «Биосфера» Вариант 1.

1. Оболочка Земли, заселенная живыми организмами, называется:

а) гидросфера; б) литосфера; в) атмосфера; г) биосфера.

2. Учение о биосфере было создано: а) Ж.-Б. Ламарком; б) В.И. Вернадским; в) Э.Зюссом; г) Э.Леруа.

3. Граница биосферы в атмосфере находится на высоте: а) 77 км; б) 12,5 км, в) 10 км; г) 2 км.

4. Живое вещество – это:

а) совокупность всех растений биосферы; б) совокупность всех животных биосферы;

в) совокупность всех живых организмов биосферы; г) нет правильного ответа.

5. К косному веществу биосферы относятся:

а) нефть, каменный уголь, известняк; б) почва; в) гранит, базальт; г) растения, животные, бактерии, грибы.

6. Концентрационная функция живого вещества состоит в способности:

7. Биосфера – это глобальная саморегулирующаяся система со своим входом и выходом: а) да; б) нет.

8. Ноосфера – это:

а) сфера прошлой жизни б) сфера разумной жизни; в) сфера будущей жизни; г) правильного ответа нет.

9. Энергетическая функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;

б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;

в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;

г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

10.Организмы подразделяются на продуценты и консументы на основании:

а) скорости размножения

б) среды обитания

в) источника энергии

г) взаимодействия с другими организмами

В1. Установите соответствие между особенностью питания организма и группой организмов.

ОСОБЕННОСТЬ ПИТАНИЯ Группа организмов 1)автотрофы 2)гетеротрофы

    захватывают пищу путем фагоцитоза

Б) используют энергию, освобождающуюся при окислении неорганических веществ

    синтезируют органические вещества из неорганических на свету

Г) используют энергию солнечного света Д) используют энергию, заключенную в пище

А

В2. Выберите номера правильных ответов.

Устойчивое развитие биосферы обеспечивают меры, направленные на

        1. сохранение и восстановление численности отдельных видов

Б)сокращение численности хищников в экосистемах

        1. создание агроэкосистем

Г) сохранение видового разнообразия

Д) предотвращение загрязнения окружающей среды

Е) внедрение новых видов в экосистемы

\ ,

Ответ:

С 1. Поясните,почему человечество обратилось к экологии для решения проблем сохранения жизни на Земле.

Тестирование по теме «Биосфера»

Вариант 2

Задание А. Выберите один правильный ответ.

1. Биосфера – это: а) водная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

б) воздушная оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

в) твердая оболочка Земли, заселенная живыми организмами;

г) часть всех оболочек Земли, заселенная живыми организмами.

2. Границы биосферы в гидросфере проходят на глубине:

а) 1 км; б) 2 км; в) 10 км; г) гидросфера заселена живыми организмами полностью.

3. Совокупность всех живых организмов биосферы В.И. Вернадский предложил назвать:

а) жизнь; б) живое вещество; в) правильного ответа нет.

4. К биокосному веществу биосферы относятся:

а) радиация; б) почва; в) гранит, базальт; г) растения, животные, бактерии, грибы.

5. Газовая функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;

б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;

в) хемоавтотрофов окислять химические элементы;

г) живых организмов накапливать различные химические элементы.

6. Биосфера – это глобальная нерегулирующаяся система, имеющая вход, но не имеющая выхода: а) да; б)нет.

7. Деструктивная функция живого вещества состоит в способности:

а) живых организмов накапливать и передавать по пищевой цепи энергию;

б) зеленых растений использовать СО2 и выделять в атмосферу О2;

в) разлагать вещества и вовлекать их в биологический круговорот;

г) живых организмов накапливать различные химические элементы

8. К какой группе экологических факторов относится вырубка лесов?

1)абиотические

2) биотические

3) антропогенные

4) почвенно-грунтовые

9. Продуценты отличаются от консументов тем, что:

а) образуют органические вещества

б) богато представлены на втором, третьем, четвертом трофических уровнях

в)подразделяются на консументы и редуценты

10.По типу питания первые организмы были:

А)фототрофы;б)хемотрофы;в)автотрофы;г)гетеротрофы .

В 1. Установите последовательность этапов круговорота углерода в биосфере, начиная с процесса фотосинтеза.

    1. образование в клетках растений глюкозы

Б) поглощение углекислого газа растениями в процессе фотосинтеза

    1. образование углекислого газа в процессе дыхания

Г) использование органических веществ в процессе питания Д) образование крахмала в клетках

В 2. Установите соответствие между характеристикой среды и ее фактором.

ХАРАКТЕРИСТИКА Факторы среды 1)биотический 2)абиотический.

А)постоянство газового состава атмосферы

Б)изменение толщины озонового экрана

В)изменение влажности воздуха

Г)изменение численности консументов

Д)изменение численности продуцентов

С 1.Обоснуйте,что является главным условием сохранения устойчивости биосферы.

Ответы. Вариант1

1-г, 2-б,3-а, 4-в,5-в, 6-г,7-а, 8-б. 9-а, 10-в.

В1: 2,2,1,1,2.

В 2: А,Г,Д,

Вариант 2.

1-г,2-г, 3-б, 4-б,5-б, 6-б,7-в,8-3, 9-а, 10-г.

В1 Б,А,Д,Г,В.

В 2: 2,2,2,1,1,1.

Ламарк и «биосфера» — Троицкий вариант — Наука

Комментарий к одной академической фантазии

Алексей Гиляров, докт. биол. наук, профессор кафедры общей экологии биологического факультета МГУ

Недавно я получил от своего киевского коллеги, гидробиолога Александра Алексеевича Протасова, электронное письмо, в котором он сообщает, что Украинская академия наук (Национальная академия Украины) в связи с очередным приближающимся юбилеем готовит издание Собрания сочинений В.И. Вернадского. Напомним читателю, что В.И. Вернадский был первым президентом Украинской академии, избранным на эту почетную должность в 1918 г. Моего знакомого в числе других специалистов привлекли к написанию комментариев. И вот, погрузившись в чтение того, что ему придется комментировать, он натолкнулся на статью академика А.Л. Яншина «Живое вещество и биосфера в трудах В.И. Вернадского», предпосланную в качестве введения к книге «Живое вещество и биосфера» / В.И. Вернадский. — М.: Наука, 1994. 672 с. Составитель — Ф.Т. Яншина.

В статье Яншина утверждается, что термин «биосфера» предложил вовсе не Эдуард Зюсс (Eduard Suess), как пишут во всех учебниках, а Ж.-Б. Ламарк, причем сделал он это еще в 1803 г., за 70 с лишним лет до работы Зюсса. Прочитав это, коллега мой насторожился. Ему была известна моя давняя статья в «Природе» (А.М. Гиляров, 1999. «Pouvoir de La vie». — «Ж.-Б. Ламарк в предыстории экологии» // «Природа». № 4. С. 21-28), и теперь он удивился, почему же я даже не упомянул о том, что Ламарк, оказывается, — автор «биосферы».

Тут я живо вспомнил, как читал в свое время в Ленинской библиотеке книгу Ламарка «Hydrogeologie» («Гидрогеология»). Это было не просто старое издание, а прижизненное первое издание, выпущенное в 1802 г. Впрочем, на титульном листе значился вовсе не 1802 год, а «An X», т. е. «Год десятый», в соответствии с действовавшим тогда во Франции республиканским (революционным) календарем. Держать в руках и листать книжку, которой почти 200 лет, само по себе было удивительно приятно. Старая неровная бумага, нестандартный по современным понятиям шрифт. Некоторые обычные французские слова писались тогда иначе, чем пишутся сейчас. Но достаточно было произнести их вслух, как всё становилось понятным — во французском ведь всё (или почти всё) читается по правилам. Из книги я сделал много выписок в толстую общую тетрадь большого формата (по-моему, сейчас таких тетрадей не делают), а потом использовал свои записи при подготовке статьи для «Природы».

Прочитав письмо Протасова, я полез в свои старые тетради (всё же хорошо, что остались у меня древние бумажные носители информации). Просмотрел все выписки из «Hydrogeologie» — нет, про биосферу ничего не обнаружил. Вот слово «биология» (Biologie) есть, и кажется, это одно из самых первых названий новой науки (до этого же биологии не было, была естественная история). Пишу Протасову, что пока ничего не нашел, но надо бы обратиться к первоисточникам. Прошу его прислать точную цитату из статьи Яншина.

Он отвечает моментально. Приводит несколько цитат из статьи А.Л. Яншина. Итак, на стр. 6-7 читаем: «В 1914 г. В. И. Вернадский опубликовал статью об истории рубидия в земной коре. Вот в этой статье им впервые был употреблен термин «биосфера», да и то без всякой его расшифровки. Рассуждая о возможных причинах концентрации рубидия по отношению к калию в морской воде, он пишет: «На самой поверхностной корке земного шара — в области биосферы — едва ли можно говорить о сохранении химически неизменным какого-нибудь вещества в течение миллионов лет». Термин «биосфера» употреблен здесь без ссылок и без пояснений, потому что его мало употребляли, но он был достаточно хорошо известен русским ученым начала XX в. Его автор, французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк (1744-1829) впервые употребил его в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном шаре. В середине XIX в. термин «биосфера» был основательно забыт, но в 1875 г. его воскресил знаменитый австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914) в работе о строении Альп, причем он понимал под ним уже не только органический мир нашей планеты, но и окружающую его среду…» [конец цитаты; курсив мой. — А.Г.].

А.А. Протасов комментирует в письме ко мне: «После Вашего письма я стал даже сомневаться, а правильно ли я понял то, что написал Яншин? Перечитал, вроде так и есть: Ламарк был автором термина «биосфера», а Зюсс только его «воскресил»».

Жан Батист Пьер Антуан де Моне Ламарк (www.victorianweb.org)

Должен признаться, что выражение «труд по гидрогеологии Франции» меня сразу покоробило. Стало ясно, что Яншин (в отличие от Вернадского) книгу не читал, а просто пофантазировал на тему о биосфере. Дело в том, что «гидрогеология» в понимании Ламарка — это совершенно не то, что мы называем гидрогеологией сейчас. Это вовсе не наука о подземных водах, а изучение всей земной коры (croute), включая как сушу (что и было предметом геологии во времена Ламарка), так и океан и все континентальные водоемы. Гидрогеология (Hydrogeologie) в системе Ламарка — одна из трех составных частей общей науки о земном шаре — «земной физики» (Physique terrestre). Две другие — это изучение атмосферы, «метеорология» (Meteorologie), и изучение организмов («живых тел», как сказано у Ламарка) — «биология» (Biologie). Словосочетание «гидрогеология Франции» в этом контексте звучит так же нелепо, как «биология Франции» или «физика Франции».

Однако чтобы убедиться в том, что в «Гидрогеологии» Ламарка нет слова «биосфера», надо было всё же обратиться к первоисточнику. Тащиться в Ленинку не хотелось, тем более, что читательский билет давно просрочен. Решил попробовать поискать книгу в глобальной паутине. Искать долго не пришлось. На сайте CNRS, специально посвященном Ламарку (www.Lamarck.cnrs.fr), я, к великой своей радости, обнаружил полный текст книги. Набрал в поисковике «Biosphere», но получил отрицательный ответ — такого слова в книге не обнаружено. Подумав, что написание могло измениться, набрал просто «bio». В ответ получил только «Biologie».

Очевидно, что термин «биосфера» Ламарк не использовал (по крайней мере в «Hydrogeologie», на которую ссылался Яншин), а вот что касается сути самого понятия «биосфера», то к нему Ламарк подошел вплотную, что справедливо отмечается и в нескольких справочных статьях на французских сайтах. Обсуждая основы «теории земного шара», он задает четыре вопроса. Три из них так или иначе касаются роли воды и соотношения пространств, занятых океаном, и суши (то, что соотношение это в истории Земли менялось, ни у кого уже сомнения не вызывало), а вот четвертый — про живые организмы.

Звучит он так: «Каково влияние живых тел на вещества, которые находятся на поверхности земного шара и образуют покрывающую его кору, и каковы общие результаты этого влияния?». То есть речь шла не о влиянии среды на организмы (это было бы банально), а о влиянии организмов на среду, точнее — на вещество, причем речь шла о процессах, протекающих в планетарном масштабе. Обратим внимание, что Ламарк использует выражение «живые тела» (corps vivans), а вовсе не «живое вещество» — кошмарный термин, который я не могу простить Вернадскому (при всем моем глубочайшем к нему уважении), но который зато так полюбился нашим «биосферологам».

P.S. Автор признателен Александру Алексеевичу Протасову, переписка с которым и послужила основой для данной заметки.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

См. также:

1.5: Биосфера — Биология LibreTexts

ВВЕДЕНИЕ

Биосфера — это область земли, которая охватывает все живые организмы: растения, животные и бактерии. Это особенность, которая отличает Землю от других планет Солнечной системы. «Био» означает «жизнь», а термин «биосфера» впервые был введен русским ученым (Владимиром Вернадским) в 1920-х годах. Иногда используется еще один термин: экосфера («эко» означает дом). Биосфера включает внешнюю область Земли ( литосфера ) и нижнюю часть атмосферы ( тропосфера ).Он также включает гидросферу , область озер, океанов, рек, льдов и облаков, составляющих водные ресурсы Земли. Традиционно считается, что биосфера простирается от дна океанов до самых высоких горных вершин, слой со средней толщиной около 20 километров. Ученые теперь знают, что некоторые формы микробов живут на больших глубинах, иногда на несколько тысяч метров в земной коре.

Тем не менее, биосфера — это очень крошечная область в масштабах всей Земли, аналогичная толщине кожицы на яблоке.Основная масса живых организмов на самом деле обитает в небольшой части биосферы, примерно от 500 метров ниже поверхности океана до примерно 6 километров над уровнем моря.

Динамические взаимодействия происходят между биотической областью (биосфера) и абиотическими областями (атмосфера, литосфера и гидросфера) Земли. Между регионами происходит обмен энергией, водой, газами и питательными веществами в различных пространственных и временных масштабах. Такие обмены зависят от окружающей среды регионов и могут быть изменены ею.Например, химические процессы ранней жизни на Земле (например, фотосинтез, дыхание, образование карбонатов) превратили восстановительную древнюю атмосферу в окислительную (свободный кислород) среду сегодняшнего дня. Взаимодействующие процессы между биосферой и абиотическими областями работают для поддержания своего рода планетарного равновесия. Эти процессы, а также те, которые могут нарушить это равновесие, связаны с рядом научных и социально-экономических проблем.

Изучение взаимоотношений живых организмов друг с другом и с окружающей их средой составляет наука, известная как экология .Слово «экология» происходит от греческих слов «ойкос» и «логос» и буквально означает «учение о доме». Экологию земли можно изучать на различных уровнях: индивидуум (организм), популяция , сообщество , экосистема , биом или вся биосфера . Разнообразие живых организмов, населяющих окружающую среду, является мерой ее биоразнообразия .

ОРГАНИЗМЫ

Жизнь развилась после образования океанов, поскольку океанская среда обеспечивала необходимые питательные вещества и поддерживающую среду для первоначальных простых организмов.Он также защищал их от жесткого атмосферного ультрафиолетового излучения. По мере того как организмы становились все более сложными, они в конце концов стали способны жить на суше. Однако этого не могло произойти до тех пор, пока атмосфера не стала окислительной и не образовался защитный озоновый слой, блокирующий вредное УФ-излучение. Примерно за последние четыре миллиарда лет организмы диверсифицировались и адаптировались ко всем видам окружающей среды, от ледяных регионов у полюсов до теплых тропиков у экватора, и от глубин каменистой коры земли до верховьев земной коры. тропосфера.

Несмотря на свое разнообразие, все живые организмы имеют определенные характеристики: все они размножаются и все используют ДНК для выполнения процесса размножения. По строению клеток организмы можно разделить на два типа: эукариоты и прокариоты.

Основное различие между ними состоит в том, что у эукариот есть ядро, которое содержит его ДНК, а у прокариот ядра нет, а вместо этого его ДНК свободно плавает в клетке.Бактерии — это прокариот , а люди — эукариоты. Организмы также можно классифицировать в зависимости от того, как они приобретают энергию. Автотрофы — это «самопитатели», которые используют свет или химическую энергию для приготовления пищи. Растения – автотрофы. Гетеротрофы (т. е. «другие питающиеся») получают энергию, поедая другие организмы или их останки. Бактерии и животные — гетеротрофы. Группы физически и генетически родственных организмов можно разделить на видов .На Земле существуют миллионы видов, большинство из которых не изучены, а многие неизвестны. Насекомые и микроорганизмы составляют большинство видов, в то время как люди и другие млекопитающие составляют лишь небольшую часть. В экологическом исследовании отдельный представитель вида или организма известен как человек .

НАСЕЛЕНИЕ И СООБЩЕСТВА

Количество особей одного и того же вида на данной территории составляет популяцию . Число обычно колеблется от нескольких человек до нескольких тысяч человек.Бактериальные популяции могут исчисляться миллионами. Популяции живут в месте или среде, называемой средой обитания . Все популяции видов в данном регионе вместе составляют сообщество . В области тропических пастбищ сообщество может состоять из трав, кустарников, насекомых, грызунов и различных видов копытных млекопитающих.

Популяции и сообщества, встречающиеся в конкретной среде, определяются абиотическими и биотическими лимитирующими факторами .Это факторы, которые в наибольшей степени влияют на успех популяций. Абиотические лимитирующие факторы связаны с физическими и химическими характеристиками окружающей среды. Некоторые из этих факторов включают: количество солнечного света, годовое количество осадков, доступные питательные вещества, уровень кислорода и температуру. Например, количество годовых осадков может определять, является ли регион пастбищем или лесом, что, в свою очередь, влияет на типы живущих там животных.

Каждая популяция в сообществе имеет диапазон толерантности для абиотического ограничивающего фактора.Существуют также определенные максимальные и минимальные требования, известные как пределы толерантности , выше и ниже которых ни один член популяции не может выжить. Диапазон абиотического фактора, который приводит к наибольшей популяции вида, известен как оптимальный диапазон для этого фактора. Некоторые группы населения могут иметь узкий диапазон толерантности к одному фактору. Например, пресноводные виды рыб могут иметь узкий диапазон толерантности к растворенному в воде кислороду. Если озеро, в котором обитает этот вид рыб, подвергнется эвтрофикации, этот вид погибнет.Таким образом, этот вид рыб может выступать в качестве вида-индикатора , поскольку его присутствие или отсутствие является строгим индикатором состояния озера в отношении содержания растворенного кислорода.

Биотические ограничивающие факторы включают взаимодействие между различными популяциями, например, конкуренцию за пищу и среду обитания. Например, увеличение популяции хищника, питающегося мясом, может привести к уменьшению популяции его травоядной добычи, что, в свою очередь, может привести к увеличению популяции растений, которыми питается добыча.Иногда присутствие определенного вида может существенно повлиять на состав сообщества. Такой вид известен как краеугольных камней . Например, бобр строит плотину на ручье и затапливает луг за ней. Морская звезда не дает мидиям доминировать на каменистом пляже, тем самым позволяя существовать там многим другим видам.

ЭКОСИСТЕМЫ

Экосистема — это сообщество живых организмов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой.Экосистемы бывают всех размеров. Приливный бассейн, пруд, река, альпийский луг и дубовый лес — все это примеры экосистем. Организмы, живущие в той или иной экосистеме, приспособлены к сложившимся абиотическим и биотическим условиям. Абиотические условия включают как физические, так и химические факторы (например, солнечный свет, вода, температура, почва, преобладающий ветер, широта и высота над уровнем моря). Чтобы понять поток энергии и вещества в экосистеме, необходимо изучить пищевые отношения живых организмов в ней.

Живые организмы в экосистеме обычно группируются в зависимости от того, как они добывают пищу. Автотрофы, которые производят себе пищу, известны как производители , а гетеротрофы, питающиеся другими организмами, живыми или мертвыми, известны как консументы . Производители включают наземные и водные растения, водоросли и микроскопический фитопланктон в океане. Все они готовят себе пищу, используя химические вещества и источники энергии из окружающей среды.

Например, растения используют фотосинтез для производства сахара (глюкозы) из углекислого газа и воды.Используя этот сахар и другие питательные вещества (например, азот, фосфор), усваиваемые их корнями, растения производят разнообразные органические материалы. Эти материалы включают: крахмалы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Таким образом, энергия солнечного света фиксируется как пища, используемая ими самими и потребителями.

Потребители делятся на разные группы в зависимости от источника их пищи. Травоядные животные (например, олени, белки) питаются растениями и известны как первичные потребители. Плотоядные (т.г. львы, ястребы, косатки) питаются другими консументами и могут быть отнесены к вторичным консументам . Они питаются первичными потребителями. Третичные потребители питаются другими хищниками. Некоторые организмы, известные как всеядных (например, медведи, крысы и люди), питаются как растениями, так и животными. Организмы, которые питаются мертвыми организмами, называются падальщиками (например, грифы, муравьи и мухи). Детритофаги (поедатели детрита, например, дождевые черви, термиты, крабы) питаются органическими отходами или фрагментами мертвых организмов.

Редуценты (например, бактерии, грибы) также питаются органическими отходами и мертвыми организмами, но они переваривают материалы вне своего тела. Разлагатели играют решающую роль в переработке питательных веществ, поскольку они превращают сложные органические вещества в неорганические питательные вещества, которые могут использоваться производителями. Если органическое вещество может быть разрушено редуцентами, оно называется биоразлагаемым .

В каждой экосистеме каждый потребительский уровень зависит от организмов более низкого уровня (т.г. первичный потребитель зависит от производителя, вторичный потребитель зависит от первичного потребителя и третичный потребитель зависит от вторичного потребителя). Все эти уровни, от производителя до третичного потребителя, образуют так называемую пищевую цепь . Сообщество имеет множество пищевых цепей, которые переплетаются в сложную пищевую сеть . Количество органического материала в пищевой сети называется ее биомассой . Когда один организм поедает другой, химическая энергия, запасенная в биомассе, передается с одного уровня пищевой цепи на другой.Большая часть потребляемой биомассы не превращается в биомассу потребителя. Только небольшая часть полезной энергии фактически передается на следующий уровень, обычно 10 процентов. Каждый более высокий уровень пищевой цепи представляет собой совокупную потерю полезной энергии. В результате получается пирамида энергетического потока с производителями, образующими базовый уровень.

Предполагая 10-процентную эффективность на каждом уровне, третичный уровень потребителя будет использовать только 0,1 процента энергии, доступной на начальном уровне производителя.Поскольку на вершине энергетической пирамиды доступно меньше энергии, то и потребителей верхнего уровня меньше. Таким образом, разрушение производственной базы пищевой цепи оказывает наибольшее влияние на потребителя верхнего уровня.

Население экосистемы постоянно колеблется в зависимости от изменений в окружающей среде, таких как осадки, средняя температура и доступный солнечный свет. Обычно такие изменения недостаточно радикальны, чтобы существенно изменить экосистемы, но катастрофические явления, такие как наводнения, пожары и извержения вулканов, могут опустошать сообщества и экосистемы.Может пройти много времени после такого катастрофического события, прежде чем сможет сформироваться новая зрелая экосистема. После серьезного нарушения состав сообщества меняется. Возникающее в результате сообщество видов меняется, поскольку быстрорастущие виды быстро вытесняются другими видами на раннем этапе после нарушения. Этот естественный процесс называется экологической сукцессией . Он включает в себя два типа правопреемства: первичное правопреемство и вторичное правопреемство .

Первичная сукцессия – это развитие первой биоты в данном регионе, где жизнь не обнаружена.Примером этого являются окружающие районы, где вулканическая лава полностью покрыла регион или построила новый остров в океане. Первоначально там могут выжить только видов-первопроходцев , обычно лишайников и мхов , способных выдерживать плохие условия. Они способны выжить в сильно открытых районах с ограниченным количеством воды и питательных веществ. Лишайник, состоящий как из гриба, так и из водоросли, выживает за счет мутуализма. Грибок вырабатывает кислоту, которая еще больше растворяет бесплодную породу.Водоросли используют открытые питательные вещества, наряду с фотосинтезом, для производства пищи для обоих. Семена травы могут попасть в трещины, принесенные ветром или птицами. Трава растет, растрескивая камни, и, завершив свой жизненный цикл, вносит органическое вещество в крошащуюся породу, образуя почву. Со временем более крупные растения, такие как кустарники и деревья, могут заселить этот район, предлагая среду обитания и ниши для иммигрирующих животных. Когда достигается максимальная биота, которую может поддерживать экосистема, преобладает климаксное сообщество .Это происходит через сотни, если не тысячи лет, в зависимости от климата и местоположения.

Вторичная сукцессия начинается в другом месте, когда сообщество видов существующей экосистемы уничтожается пожаром, вырубкой леса или работой бульдозера на пустыре, оставляя только почву. Первые несколько сантиметров этой почвы, возможно, образовались из твердой породы за 1000 лет. Он может быть богат гумусом, органическими отходами, а может быть зарыблен готовыми семенами будущих растений. Вторичная сукцессия — это тоже новое начало, но с гораздо более быстрым отрастанием организмов.В зависимости от окружающей среды для перехода к климаксному сообществу может потребоваться от 100 до 200 лет при нормальных климатических условиях, когда сообщества проходят стадии ранних видов растений и видов животных , средних видов и поздних сукцессионных видов . Однако некоторые экосистемы невозможно восстановить.

БИОМЫ

Биосферу можно разделить на относительно большие регионы, называемые биомами. Биом имеет особый климат и определенные живые организмы (особенно растительность), характерные для региона, и может содержать множество экосистем.Ключевыми факторами, определяющими климат, являются среднегодовые осадки и температура. Эти факторы, в свою очередь, зависят от географии региона, таких как широта и высота над уровнем моря, а также горные преграды. Основные типы биомов включают: водные , пустынные , лесные , луга и тундровые . Биомы не имеют четких границ. Вместо этого есть переходная зона, называемая экотоном, в которой обитают разнообразные растения и животные.Например, экотон может быть переходной областью между пастбищами и пустыней, где обитают представители обоих видов.

Вода покрывает большую часть земной поверхности, поэтому водные биомы содержат богатое разнообразие растений и животных. Водные биомы можно разделить на два основных типа: пресноводные и морские .

Пресная вода имеет низкую концентрацию соли, обычно менее 1 процента, и встречается в нескольких типах регионов: пруды и озера, ручьи и реки и водно-болотные угодья. Пруды и озера различаются по размеру, а небольшие пруды могут быть сезонными. Иногда они имеют ограниченное видовое разнообразие из-за изоляции от других водных сред. Они могут получать воду из осадков, поверхностного стока, рек и родников. Ручьи и реки — это водоемы с проточной водой, движущиеся в одном общем направлении (т. е. вниз по течению). Ручьи и реки начинаются в своих верховьях, которые могут быть источниками, таянием снега или даже озерами. Они продолжают вниз по течению к своим устьям, которые могут быть другим ручьем, рекой, озером или океаном.Окружающая среда ручья или реки может меняться по всей ее длине: от чистой прохладной воды у истока до теплой, богатой наносами воды у устья. Наибольшее разнообразие живых организмов обычно наблюдается в среднем районе. Водно-болотные угодья — это места со стоячей водой, на которых растут водные растения, такие как рогоз, прудовики и кипарисы. Типы водно-болотных угодий включают болота, топи и топи. Водно-болотные угодья имеют самое большое видовое разнообразие со многими видами птиц, пушных зверей, амфибий и рептилий.Некоторые водно-болотные угодья, такие как солончаки, не являются пресноводными регионами.

Морские регионы покрывают почти три четверти земной поверхности. Морские тела соленые, в них содержится около 35 граммов растворенной соли на литр воды (3,5 процента). Океаны — это очень крупные морские тела, занимающие доминирующее положение на земной поверхности и содержащие крупнейшие экосистемы. Они содержат богатое разнообразие живых организмов. Регионы океана можно разделить на четыре основные зоны: приливная , пелагическая , бентическая и абиссальная .Приливная зона — это место, где океан встречается с сушей. Иногда он затоплен, а иногда открыт, в зависимости от волн и приливов. Пелагиаль включает открытый океан, расположенный дальше от суши. Бентическая зона — это область ниже пелагической зоны, но не включая самые глубокие части океана. Дно этой зоны состоит из отложений. Самые глубокие части океана известны как абиссальная зона. Эта зона очень холодная (около точки замерзания) и находится под большим давлением вышележащей массы воды.Срединно-океанические хребты встречаются на дне океана в абиссальных зонах. Коралловые рифы встречаются в теплых, чистых, мелководных водах тропических океанов вокруг островов или вдоль континентальных береговых линий.

В основном они образуются из карбоната кальция, вырабатываемого живыми кораллами. Рифы обеспечивают пищу и убежище для других организмов и защищают береговую линию от эрозии. Эстуарии — это частично закрытые территории, где пресная вода и ил из ручьев или рек смешиваются с соленой океанской водой. Они представляют собой переход от суши к морю и от пресной воды к соленой.Эстуарии являются биологически очень продуктивными районами и служат домом для самых разных растений, птиц и животных.

Пустыни – это засушливые районы, где испарение обычно превышает количество осадков. Количество осадков невелико — менее 25 сантиметров в год — и может быть очень изменчивым и сезонным. Низкая влажность приводит к резким перепадам температур между днем ​​и ночью. Пустыни могут быть горячими или холодными. Жаркие пустыни (например, Сонован) очень жаркие летом и имеют относительно высокие температуры в течение всего года и сезонные осадки. Холодные пустыни (например, Гоби) характеризуются холодными зимами и небольшим, но круглогодичным количеством осадков. В пустынях относительно мало растительности, а субстрат состоит в основном из песка, гравия или камней. Переходные регионы между пустынями и лугами иногда называют полузасушливыми пустынями (например, Большой бассейн на западе США).

Луга охватывают регионы, где умеренных осадков достаточно для роста трав, но недостаточно для насаждений деревьев.Существует два основных типа лугов: тропических лугов (саванны) и лугов умеренного пояса . Тропические луга встречаются в теплом климате, например, в Африке и в очень ограниченных регионах Австралии. На них есть несколько разбросанных деревьев и кустарников, но четко выраженные сезоны дождей и засухи препятствуют образованию тропических лесов. Меньшее количество осадков, более изменчивые зимние и летние температуры и почти полное отсутствие деревьев характеризуют пастбища умеренного пояса. Прерии — это луга с умеренным климатом на довольно большой высоте.Среди них могут преобладать длинно- или низкотравные виды. Обширные прерии, первоначально покрывавшие центральную часть Северной Америки, или Великие равнины, были результатом благоприятных климатических условий, созданных их большой высотой и близостью к Скалистым горам. Поскольку луга умеренного пояса безлесны, относительно плоские и имеют богатую почву, большинство из них было заменено сельскохозяйственными угодьями.

В лесах преобладают деревья, и их можно разделить на три типа: тропические леса , умеренные леса и бореальные леса .Тропические леса всегда теплые и влажные и встречаются в более низких широтах. Их годовое количество осадков очень велико, хотя в некоторых регионах могут быть отчетливые влажные и сухие сезоны. Тропические леса имеют самое высокое биоразнообразие этого биома. Леса умеренного пояса встречаются в средних широтах (например, в Северной Америке) и, следовательно, имеют четко выраженные времена года. Лето теплое, а зима холодная. Леса умеренного пояса претерпели значительные изменения в результате деятельности людей, которые расчистили большую часть лесных угодий для топлива, строительных материалов и сельскохозяйственных нужд.Бореальные леса расположены в более высоких широтах, например, в Сибири, где они известны как « тайга ». У них очень долгая холодная зима и короткий летний сезон, когда выпадает большая часть осадков. Бореальные леса представляют собой крупнейший биом на континентах.

Тундра характеризуется очень низкими температурами, небольшим количеством осадков и низким биоразнообразием. Растительность очень простая, деревьев практически нет. Тундру можно разделить на два разных типа: арктическая тундра и высокогорная тундра .Арктический альпийский встречается в полярных регионах. У него очень короткий летний вегетационный период. Вода скапливается в прудах и болотах, а под землей находится слой вечной мерзлоты, известный как вечная мерзлота. Альпийская тундра встречается на больших высотах в высоких горах. Температуры не такие низкие, как в арктической тундре, а летний вегетационный период здесь более продолжительный.

ЭВОЛЮЦИЯ ЖИЗНИ

Везде, где они встречаются в биосфере, живые организмы обязательно связаны с окружающей их средой. Экосистемы динамичны, и сообщества меняются со временем в ответ на абиотические или биотические изменения в окружающей среде. Например, климат может стать теплее или холоднее, влажнее или суше, или пищевая цепь может быть нарушена из-за потери определенной популяции или появления новой. Виды должны быть в состоянии адаптироваться к этим изменениям, чтобы выжить. По мере адаптации сами организмы претерпевают изменения. Эволюция — это постепенное изменение генетического состава популяции вида с течением времени.Важно отметить, что эволюционирует не индивидуум, а популяция.

Вид эволюционирует в определенную нишу, либо адаптируясь к использованию окружающей среды ниши, либо адаптируясь, чтобы избежать конкуренции с другим видом. Напомним, что никакие два вида не могут занимать одну и ту же нишу в экосистеме. Доступность ресурсов имеет решающее значение.

В случае с пятью видами камышевок, которые питаются насекомыми с одного и того же дерева, чтобы выжить, каждый вид должен собирать пищу (насекомых) в разных частях этого дерева.Это позволяет избежать конкуренции и возможного исчезновения одного или нескольких видов. Поэтому один из видов птиц приспособится к охоте на верхушках деревьев; другая нижняя ветвь; другая средняя часть. Таким образом, эти виды эволюционировали в разные, но похожие ниши. Все пять видов таким образом могут выжить, приспособившись к узкой нише. Организмы с узкой нишей называются специализированными видами . Другим примером является вид, который может занять узкую нишу, потребляя только один тип листьев, например гигантская панда, которая питается листьями бамбука.

Эта стратегия позволяет ему сосуществовать с другим потребителем, не конкурируя с ним. В обоих случаях виды с узкой нишей часто подвержены вымиранию, потому что они обычно не могут реагировать на изменения в окружающей среде. Эволюция в новую нишу заняла бы слишком много времени у специализированных видов, например, под давлением засухи.

С другой стороны, виды, которые могут использовать много пищи и мест для охоты или собирательства, известны как обобщенные виды .В случае засухи обобщенный вид, такой как таракан, может быть более успешным в поиске альтернативных форм пищи, выживет и размножится.

Еще одной формой эволюции является коэволюция , при которой виды приспосабливаются друг к другу путем тесного взаимодействия. Эти отношения могут быть типа взаимодействия хищник-жертва. Добыча находится в опасности, но как вид она развила химическую защиту или поведение. С другой стороны, коэволюция может представлять собой мутуалистические отношения, часто характерные для муравьев и акации в Южной Америке.Акация обеспечивает муравьев пищей и средой обитания, а ее большие торчащие шипы обеспечивают защиту от хищников. Муравьи, в свою очередь, защищают дерево, нападая на любое приземлившееся на него животное и расчищая растительность у его основания. Настолько тесно эволюционировали виды, что ни один из них не может существовать без другого.

Сходные экосистемы могут предлагать сходные ниши для организмов, адаптированных или эволюционировавших к этой нише. Конвергентная эволюция — это развитие сходных приспособлений у двух видов, населяющих разные, но сходные экосистемы.Два вида развиваются независимо, чтобы отвечать требованиям своей экосистемы, и для этого они вырабатывают один и тот же механизм. Возникают приспособления, напоминающие двойников: крылья птиц и летучих мышей похожи, но развились отдельно, чтобы соответствовать требованиям полета по воздуху. Дельфин, млекопитающее, имеет те же приспособления, которые позволяют передвигаться в воде, с вымершей рептилией ихтиозавром. У них похожие обтекаемые формы плавников, головы и носа, что делает тела более приспособленными для плавания.

Естественный отбор — это еще один процесс, который зависит от способности организма выживать в меняющейся среде. В то время как эволюция — это постепенное изменение генетического состава с течением времени, естественный отбор — это сила, которая благоприятствует полезному набору генов.

Например, птицы, мигрирующие на остров, сталкиваются с конкуренцией за насекомых на тропическом дереве. Один генетический пул нового поколения может включать более длинный клюв, который позволяет птице доставать нектар из тропического цветка.Когда большие популяции птиц конкурируют за насекомых, эта способность использовать нишу сбора нектара способствует выживанию этой птицы. Ген длинноклюва передается следующему поколению, потому что птицы могут сосуществовать с птицами-собирателями насекомых, используя другую нишу. Благодаря воспроизведению выживших птиц с более длинным клювом естественный отбор способствует их приспособляемости.

Вид, семейство или большая группа организмов могут в конце концов прийти к концу своей эволюционной линии.Это известно как вымирание . Плохие новости для тех, кто вымер, это естественное явление, происходящее с момента зарождения жизни на Земле. Вымирание видов постоянно происходит с некоторой фоновой скоростью, которая обычно соответствует видообразованию. Таким образом, в мире природы происходит постоянный оборот видов.

Иногда большое количество видов вымирало за относительно короткий геологический период времени. Крупнейшее массовое вымирание человек в истории Земли произошло в конце пермского периода, 245 миллионов лет назад.Целых 96 процентов всех морских видов были потеряны, в то время как на суше вымерло более 75 процентов всех семейств позвоночных. Хотя фактическая причина этого вымирания неясна, все согласны с тем, что изменение климата, вызванное изменением уровня моря и усилением вулканической активности, было важным фактором. Самое известное из всех массовых вымираний произошло на рубеже мелового и третичного периодов, 65 миллионов лет назад. Вымерло около 85 процентов видов, включая всех динозавров.Большинство ученых считают, что это вымирание спровоцировало падение небольшого астероида недалеко от полуострова Юкатан в Мексике. Воздействие, вероятно, вызвало резкое изменение мирового климата.

Наиболее серьезное вымирание млекопитающих произошло около 11 000 лет назад, когда заканчивался последний ледниковый период. Всего за несколько столетий вымерло большинство крупных млекопитающих мира, таких как мамонты. Хотя изменение климата могло быть фактором их вымирания, на Земле также появилась новая сила — современные люди.Люди с помощью нового остроконечного оружия и методов охоты, возможно, ускорили вымирание крупных наземных млекопитающих. На протяжении многих лет человеческая деятельность продолжала отправлять многие виды на раннее исчезновение. Наиболее известными примерами являются странствующий голубь и птица додо, но многие другие виды, многие из которых неизвестны, погибают в результате чрезмерного вылова и других антропогенных разрушений, деградации и фрагментации среды обитания.

«Биосфера-2»: уроки жизни на Земле и в космосе

«Биосфера-2», крупнейший из когда-либо созданных объектов закрытой экологической системы, преподнес жизненно важные уроки для жизни в нашей планетарной биосфере и для долгосрочного проживания в космосе.С точки зрения жизнеобеспечения в космосе, «Биосфера 2» отличалась от предыдущей работы BLSS тем, что включала районы, основанные на биомах дикой природы Земли, в дополнение к обеспечению жизнедеятельности человека и использовала интенсивную сельскохозяйственную систему на основе почвы, обеспечивающую полноценный рацион человека. Ни одна предыдущая система BLSS не включала домашних сельскохозяйственных животных. Все отходы жизнедеятельности человека и домашних животных также были переработаны и возвращены в посевные почвы. Биосфера 2 была важна как первый шаг к изучению того, как миниатюризировать природные экосистемы и разрабатывать системы технологической поддержки, совместимые с жизнью.Наиболее успешная работа «Биосферы-2» в течение трех лет (1991-1994 гг.) изменила представления ученых по жизнеобеспечению космоса и широкой общественности о необходимости минибиосфер для долговременного проживания в космосе. Как лаборатория систем Земли, «Биосфера-2» была одной из первых попыток сделать экологию экспериментальной наукой в ​​масштабе, имеющем отношение к планетарным проблемам, таким как изменение климата, регенеративное сельское хозяйство, рециркуляция питательных веществ и воды, потеря биоразнообразия и понимание роли дикой природы. биомы играют в биосфере Земли.Биосфера 2 вызвала споры из-за узких определений и ожиданий того, как должна вестись наука. Сотрудничество между инженерами и экологами и требование разработать техносферу, которая поддерживала бы жизнь внутри, не нанося ей вреда, имеют огромное значение для того, что требуется в нашем глобальном доме. Применение биорегенеративных систем жизнеобеспечения для краткосрочных космических приложений, таких как первые базы на Луне и/или Марсе, будет серьезно ограничено высокими затратами на транспортировку в космос, и поэтому будет зависеть от более легких гидропонных систем выращивания растений, которые будут сосредоточены в первую очередь. на регенерацию воды и воздуха и постепенно увеличивать производство пищи, необходимой космонавтам или жителям.Преобразование этих систем в более надежные и устойчивые системы потребует передовых технологий, например, для улавливания солнечного света для роста растений или обработки пригодных для использования материалов из лунной или марсианской атмосферы и реголита, что приведет к большему использованию космических ресурсов на месте и меньшему транспорту. с Земли. Существует множество подходов к реализации космического жизнеобеспечения. Значительный прогресс был достигнут, особенно благодаря двум исследовательским проектам в Китае и проекту MELiSSA Европейского космического агентства.Эти подходы используют кибернетический контроль и интеграцию интенсивных модулей для производства продуктов питания, обработки и переработки отходов, регенерации атмосферы и, в некоторых системах, производства с высоким содержанием белка из насекомых и личинок. Биосфера 2 использовала сочетание экологической самоорганизации и вмешательства человека для защиты биоразнообразия диких биомов с более жестким управлением продовольственными культурами в своем сельском хозяйстве. Цели Биосферы 2 отличались от биорегенеративных систем жизнеобеспечения (BLSS), которые были сосредоточены исключительно на жизнеобеспечении человека.Намного больше нужно узнать как о небольших, эффективных наземных BLSS для ближайшего проживания, так и о минибиосферных системах для долгосрочного космического применения, чтобы преобразовать человечество и земную жизнь в действительно многопланетные виды.

1. Введение

Термин «биосфера» был впервые использован Эдуардом Зюссом в 1875 году, но наше современное понимание биосферы было сформулировано только в работах Владимира Ивановича Вернадского в 1920-х годах. Он увидел, что биосфера, а не просто счастливый и пассивный пассажир, глубоко изменила поверхность Земли за свою 4-миллиардную историю.В книге Вернадского «. Биосфера » (1926 г.) описана сила жизни, заключающаяся в включении все большего количества материи по мере ее распространения и эволюции. Он также понял, что люди стали «геологической силой» благодаря нашим обширным технологическим системам, и предвидел развитие сферы разума (ноосферы) для приведения биосферы и техносферы в большую гармонию [1, 2]. Совсем недавно термин «антропоцен» был выдвинут для нашей нынешней геологической эпохи, чтобы признать влияние человеческой популяции и их технологий [3, 4].

Современное понимание биосферы и острая необходимость учитывать воздействие человека на ее функционирование возникают на фоне растущего отчуждения и оторванности людей от экологических реалий их жизни (например, «синдром дефицита природы»).

2. Исторический контекст проекта «Биосфера-2»

Проект «Биосфера-2» был начат в 1984 г., и после многолетних проектных, экологических и инженерных исследований в 1987 г. началось строительство объекта. В рамках проекта был создан Центр исследований и разработок «Биосфера», который включены карантинные и биоакцессионные теплицы: испытательный модуль «Биосфера 2», небольшая камера закрытой системы, культура тканей и аналитические лаборатории; и другие объекты.Было проведено два экспериментальных закрытия, первое с 1991 по 1993 год и второе в 1994 году. Это были начальные эксперименты с запланированным столетним сроком службы объекта до того, как смена владельца / руководства привела к тому, что «Биосфера-2» перестала быть полностью замкнутая экологическая система, поддерживающая людей.

На момент реализации проекта россияне были лидерами в космическом жизнеобеспечении и исследованиях замкнутых экологических систем, как в Красноярском институте биофизики (ИБФ), на котором действует установка «Биос-3», так и в Институте медико-биологических проблем (ИМБП). ) в Москве.Оба института активно сотрудничали, видя, что «Биосфера-2» может вывести поле на новый уровень, биосферный уровень Вернадского. Создание энергетически и информационно открытых, но практически материально закрытых систем позволит осуществлять точный мониторинг системы и возможность отслеживать тонкие и малые изменения во времени [5, 6].

Как биосферная лаборатория, Биосфера 2 включала в себя ряд наземных и водных/морских территорий, основанных на основных биомах, а также ферму и среду обитания человека с кухней, помещениями для экипажа, местом для отдыха, лабораториями и мастерскими.Проект столкнулся с огромными инженерными и экологическими неизвестными. Можно ли было создать устойчивые синтетические экосистемы, включая пищевые сети, в «биомах», ограниченных площадью 0,2 га или меньше? Можно ли поддерживать надлежащие условия окружающей среды для столь разнообразных систем, как тропические леса, саванны, прибрежные/туманные пустыни, мангровые заросли/болота и океанические системы с коралловыми рифами, а также зоны выращивания продуктов питания (рис. 1)? Была использована стратегия «упаковки видов», т. е. включения гораздо большего количества видов, чем можно было ожидать, и включения многочисленных видов, которые могли заполнить каждую экологическую нишу, поскольку никто не мог предсказать количество видов, которые могли бы исчезнуть при адаптации к новым условиям. новые условия.Экипаж вмешался, чтобы «защитить» биоразнообразие, выступая в качестве суррогатных хищников, борясь с инвазивными растениями и срезая сезонно активные травы в саванне, учитывая отсутствие крупных травоядных. Система коралловых рифов выжила, несмотря на переход от тропиков к умеренному сезону и свету. Ограничение подкисления из-за повышенного содержания углекислого газа в атмосфере требовало обширной химической буферизации, и использовались методы удаления питательных веществ, а также физическое удаление водорослей. Океан Биосферы 2 с крупнейшим в мире коралловым рифом, созданным человеком, предоставил важные экспериментальные данные для прогнозирования воздействия глобального потепления и закисления океана [7, 8].Туман / прибрежная пустыня самоорганизовались экологически, чтобы стать больше похожей на экологию чапараля, чем на первоначальное господство суккулентов и кактусов. Тот факт, что об основных экологических и биосферных процессах так много неизвестного, послужил главным мотивом для создания лаборатории «Биосфера-2» [9–11].


Биосфера 2 была описана как величайший эксперимент по экологической самоорганизации [12]. Это также иллюстрирует то, что Джон Аллен, изобретатель Биосферы-2, назвал «Экспериментом на людях» [12].Разработчиков проектов и биосферных бригад не удивило, что возникнет множество неожиданных проблем и возникающих явлений. Это включало широко известное и поначалу необъяснимое снижение содержания кислорода в атмосфере. Несмотря на размер и сложность «Биосферы-2», а также несмотря на критиков, утверждавших, что причинно-следственные механизмы невозможно доказать, загадка была решена благодаря творческому использованию отслеживания изотопов углерода и вдохновленному предложению проверить, поглощается ли CO 2 . незапечатанный бетон внутри Биосферы 2 был первичным поглотителем кислорода [13].

Институт экотехники, крупный научный консультант проекта «Биосфера-2», помог организовать серию международных семинаров по закрытым экологическим системам и исследованиям биосферы. Первый был проведен в Королевском обществе в Лондоне в 1987 г., второй — в ИМБП в Москве и ИБФ в Красноярске, Сибирь, в 1989 г., третий — в Биосфере-2 в 1992 г. и последний — в Линнеевском обществе в Лондоне в 1996 г. Лидеры В семинарах приняли участие представители многих космических агентств, включая НАСА, ЕКА, России и Японии.В Красноярске участники семинара дали название «биосферика» новому исследованию биосфер, больших и малых, естественных и искусственных [10].

Дополнительные публикации о Биосфере 2 см. в Marino and Odum (1999), которые редактировали сборник из почти двух десятков статей для журнала Ecological Engineering (позже опубликованного Elsevier), онлайн по адресу https://ecotechnics.edu/ публикациях и в ссылках Нельсона (2018 г.), «Раздвигая наши границы: взгляды из Биосферы 2».

3.Препятствия на пути к биосферным исследованиям и изменению взаимоотношений человека и биосферы

Среди препятствий на пути исследований, связанных с новой парадигмой взаимоотношений человека и биосферы, есть те, которые возникают из-за узких определений науки.

Некоторые из противоречий, которые разожгла «Биосфера 2», были связаны с восприятием основной творческой группы проекта как «аутсайдеров». Это произошло, несмотря на то, что многие ученые и учреждения высокого уровня внесли свой вклад в разработку и исследования Биосферы 2.

Биосфера 2 изначально предназначалась для работы в качестве тихого исследовательского центра, а мы узнали больше о том, как проектировать минибиосферы и управлять ими. Как предприятие, финансируемое из частных источников, намерение состояло в том, чтобы окупить капиталовложения за счет создания дополнительных биосфер для мировых городов, крупных университетов и тематических парков, поскольку их можно было бы использовать для развития науки о биосфере, а также в качестве общественных и образовательных ресурсов. Предпосылка «Биосферы 2» была оптимистичной по своей сути: минибиосфера может быть спроектирована и эксплуатироваться, чтобы включать биомы дикой природы и удовлетворять потребности людей.Это плюс волнение науки в реальном времени, происходящее в «Биосфере 2», вызвало отклик у людей во всем мире. Архитекторы «Биосферы-2», полные решимости сделать первую в мире мини-биосферную лабораторию еще и красивым символом, использовали традиционные формы (ступенчатые пирамиды, вавилонские бочкообразные своды) наряду с современными формами, такими как пространственный каркас и геодезические купола, чтобы создать потрясающее сооружение (рис. 2). Внезапно ранее малоизвестное слово «биосфера» стало охватывать огромное количество людей по всей планете. Биосфера 2 была компактной лабораторией для изучения фундаментальных процессов и свойств нашей глобальной биосферы, и люди могли относиться к ней как к модели того, как работает наша биосфера, от тропического леса до океана, от фермы до людей [10].


Биосфера 2 вызвала споры. Любой проект, который действительно является передовым и делает прыжок в будущее, обязательно будет таковым. Ребекка Рейдер в книге, которую она опубликовала по результатам своих гарвардских исследований истории науки о Биосфере 2, выявила четыре отличия Биосферы 2 от обычных ожиданий науки.

«Наукой» могли заниматься только официальные ученые, только правильные первосвященники могли толковать природу для всех остальных… «Наука» была отделена от искусства (и мыслящий разум был отделен от эмоционального сердца)… «Наука» требовалась четкая интеллектуальная граница между людьми и природой; это не обязательно предполагало, что люди учатся жить с окружающим миром.Наконец, «наука» должна следовать определенному методу: придумать гипотезу, проверить ее и получить цифры, подтверждающие вашу правоту» [14].

Узкие определения науки исключают новые и крупномасштабные подходы, жизненно важные для понимания нашей глобальной биосферы, того, как люди взаимодействуют с локальными и планетарными экосистемами, а также крайне необходимое переосмысление и перепроектирование многих текущих элементов нашей техносферы. Настойчивость в конкретной науке, основанной на гипотезах, отражает нынешнее преобладание аналитической мелкомасштабной науки, а не науки системного уровня, необходимой для наших насущных планетарных экологических кризисов [15].Наука, исключающая сердце и искусство, ведет к еще большему «научному апартеиду», чем описывал Лавлок [16]. Это главная причина, по которой до сих пор не хватает даже междисциплинарных научных исследований. Большинству ученых хорошо известны страсти, которые мотивируют их работу. Эмоции являются важными инструментами, побуждающими нас заниматься наукой, которая может иметь отношение к нашим глобальным проблемам, а также помогает сделать нас полноценными людьми.

«Пришло ли время экспериментов с крупномасштабными биосферами? Традиция использования мелкомасштабных микрокосмосов и камер роста не отражает суть реакции всей системы, масштаб, который повлияет на человечество.Биосфера 2 будет продолжать стимулировать умы тех, у кого есть видение мыслить за завесой традиции. Как и все остальное, эта технология или их конгломерат могут сыграть жизненно важную роль в появлении новых наук просто потому, что этот инструмент позволяет проводить экспериментальную работу в таком масштабе, который редко был возможен» [17].

3.1. Техносфера на службе жизни

Биосфера 2 так хорошо функционировала благодаря тесному сотрудничеству инженеров и экологов.Это необычно, поскольку экологам пришлось выучить достаточно инженерного языка, чтобы сообщить о своих потребностях. Инженерам пришлось перестроить свое привычное мышление, поскольку в этом объекте основная роль технологии заключалась в поддержании его жизни, что исключало любую технологию, процесс или материал, производящие побочные продукты, токсичные или вредные для разнообразия его организмов [9, 10].

Институт экотехники был частью истории большей части основной творческой группы Биосферы 2. Многие, включая меня, были соучредителями Института в 1973 году, поставив своей целью научную дисциплину, которая гармонизировала бы миры экологии и техника.Мы начали и помогли управлять рядом инновационных демонстрационных проектов в сложных биомах по всему миру, в районах экологического и культурного кризиса, где традиционные подходы не работали [18]. Наша цель состояла в том, чтобы добиться максимального улучшения экологии (измеряемого увеличением биомассы и биоразнообразия) наряду с жизнеспособной экономикой (результат), чтобы проекты могли быть самоокупаемыми. Биосфера 2 была отличной исследовательской лабораторией экотехники, поскольку потребуются инновационные подходы для: обеспечения здоровья биомов, достижения регенерации воды и воздуха, предотвращения загрязнения, разработки продуктивного сельского хозяйства без использования токсичных химикатов и повторного использования питательных веществ и сточных вод.«Биосфера 2» добилась успехов в биофильтрации почвы, чтобы контролировать накопление газовых примесей, и использовала искусственные водно-болотные угодья в качестве метода возврата питательных веществ в почву фермы [19–21].

Реконструкция нашей планетарной техносферы в аналогичном ключе явно необходима, поскольку очевидно, что наша текущая техническая инфраструктура и способы ведения «обычного бизнеса» серьезно ухудшили качество воздуха, воды, почвы и здоровья как людей, так и самой биосферы.

3.2. Viscerally Connected: The Biospherian Experience

Мы не ожидали, что люди в замкнутых экологических системах смогут так глубоко ощутить свою полную связь с живым миром.После инженерных испытаний эксперименты на людях были проведены в испытательном модуле «Биосфера 2», объекте 3 площадью 480 м с площадью основания 6,1 м × 6,1 м, растениями из различных биомов, включенных в «Биосферу 2», созданную водно-болотную угодье для обработки отходов жизнедеятельности человека. и посевная площадь [22]. Его первый испытуемый, Джон П. Аллен, отметил во время своего трехдневного эксперимента по закрытию в 1988 году:

«Между моим телом и растениями уже началось странное партнерство. Я нахожу, как мои пальцы поглаживают, чувствуя мягкую резиновую текстуру паутинного растения, зная, что оно улавливает выделяющие газы продукты… Обратите внимание, мое внимание все больше и больше переключается на состояние растений… У меня всегда было ощущение, что растения живые, реагирующие , даже живой символ.Но теперь они нужны… и раз они нужны, то я их и присматриваю» [12].

Я провел 24 часа в тестовом модуле, и удивительный опыт вдохновил меня начать обучение в качестве кандидата в биосферный экипаж. Метаболическая связь между вами и остальными живыми организмами в таком маленьком сооружении безошибочна и ощущается почти сразу. Вы знаете, что его живые существа поддерживают вашу жизнь и здоровье, и что замечательно, так это то, что это знание ощущается внутренне, телесная осознанность вашей взаимозависимости.Какое радостное осознание! [10].

Подобные переживания испытали все восемь членов экипажа биосферы во время первого двухлетнего эксперимента по закрытию в Биосфере 2 с 1991 по 1993 год. напоминания о том, насколько тесно люди связаны с этим живым миром, восприятие, гораздо более телесное, чем просто интеллектуальное мышление и знание. Было несколько удивительно, что наши тела «получили это»; понимая, что наше здоровье и здоровье этого минимира одинаковы.Это приводит к повышенному осознанию всего, что вы делаете. Нет анонимных или мелких действий — у всего есть последствия, и время реакции намного быстрее, потому что вы живете в маленьком мире.

Одним из самых захватывающих элементов в любой небольшой закрытой системе — от камер для выращивания растений по программе контролируемых систем жизнеобеспечения окружающей среды (CELSS) до более крупных камер, способных поддерживать жизнь человека, — является изменение концентрации жизни. Их гораздо меньшие буферные размеры (атмосфера, почвы или гидропонные среды, водоемы) приводят к ускорению, иногда колоссальному, циклов и резкому увеличению атмосферных колебаний.Атмосферный CO 2 мог изменяться на 500–700 ppm в сутки в Биосфере 2, а время пребывания в атмосфере измерялось в часах, а не в годах, поскольку вся система находилась на солнце в течение дня, а дыхание преобладало в темное время суток [23, 24] ( рис. 3 и 4). Круговорот воды также ускорился, в некоторых случаях, на порядки (табл. 1 и 2).




9 )

9


Соотношение биомассы C: AtmoSpheric C 1: 1 (AT 350 PPM CO 2 ) 100: 1 (AT 1500 PPM CO 2 )
Соотношение почвы C: атмосферу C 2: 1 5000: 1
Расчетное время цикл углерода (проживание в атмосфере) 3 лет 1-4 дней

903 72 50 раз 9033

водохранилище время пребывания Земли биосферный 2 расчетное время пребывания Ускорение цикла по сравнению с Землей

Атмосфера 9 дней ~4 часа
Океан/болото 3000–3200 лет ~1200 дней (3.2 года) 1000 раз
Вода почвы 30-60 дней ~ 60 дней ~ 60 дней

My Biospherian Tirematements и я отправлял зеленые растения внутри Биосфера 2 как наше «третье легкое». Мы стали атмосферными менеджерами, чтобы ограничить рост CO 2 в сезоны низкой освещенности. Наши стратегии включали обрезку растений, которые могли быстро отрасти, хранение (изоляцию) срезанной биомассы, отключение компоста и грядок с червями, а также посадку там, где это возможно, чтобы улавливать больше «солнечных осадков».«Солнечный свет был ограничивающим фактором, поскольку стеклянная пространственная рама и структурное затенение уменьшали попадание солнечного света более чем на 50%. Мы были благодарны и всегда осознавали, что наши «зеленые союзники» и бесчисленные почвенные и водные микробы помогают очищать воду, очищать наш воздух и производить свежую и здоровую пищу на нашей ферме [10].

Разнообразие ролей, которые нам приходилось выполнять, также углубляло нашу связь. К ним относятся земледелие в регенеративной системе, в которой не используются токсичные химикаты и перерабатываются питательные вещества и вода, обслуживание технического оборудования, вмешательство, когда это необходимо для защиты биоразнообразия, мониторинг и сбор данных, а также проведение исследований в сотрудничестве с внешними учеными.Большая часть съемочной группы прославляла наш мини-мир стихами, картинами, музыкой, документальными фильмами и письменно. Мы даже организовали два «межбиосферных фестиваля искусств», чтобы поделиться ими с художниками и музыкантами извне.

Хотя, как почти у всех людей в ICE (изолированные, замкнутые среды), во время двухлетнего эксперимента возникли серьезные проблемы с групповой напряженностью; никогда не было подсознательного саботажа ни работы или исследований других людей, ни самой Биосферы-2. Это сооружение было настолько очевидно нашей системой жизнеобеспечения, что было немыслимо, чтобы кто-нибудь мог его повредить.Понимание того, что это наша «шлюпка жизни», привело к высокой степени осознанности в отношении любого действия, которое мы собирались предпринять. Красота мира, в котором мы жили, и наша физическая и эмоциональная связь с ним были источником большого удовлетворения и помогали держать команду вместе, несмотря на внутренние трения и одновременно преодолевая внешнюю борьбу за власть [10, 25] (рис. 5).


3.3. Наследие «Биосферы-2» для нашего долгосрочного будущего в космосе

Одним из мотивов создания «Биосферы-2» было понимание того, что наша способность исследовать космос с помощью космонавтики — передовой ракетной техники — развивается с огромной скоростью, в то время как наша способность поддерживать людей в их основные потребности в регенерации воды, воздуха и производстве пищи сильно отставали.

Циолковский, изобретатель ракет, задолго до того, как стали возможными космические полеты, понял, что для жизни в космосе человечеству необходимо создавать космические теплицы. «Подобно тому, как атмосфера Земли очищается растениями с помощью Солнца, так и наша искусственная атмосфера может обновляться… растения, которые мы берем с собой в путешествие, могут бесперебойно работать на нас». Это раннее видение того, как элементы нашей биосферы могут функционировать для очистки воздуха, производства кислорода, регенерации воды и выращивания пищи, было важной частью его убеждения в том, что людям суждено покинуть нашу планетарную колыбель, Землю, чтобы расшириться в космосе. 26].

Создатели «Биосферы-2» глубоко осознают, что наше расширение в космос и наша способность генерировать воду, воздух и производить пищу будут постепенными и в течение длительного периода будут строго ограничены ограничениями по весу, мощности и объему [27]. Биосфера 2 выдвинула идею о том, что, поскольку мы так мало знаем о том, как создать более сложную, экологически разнообразную и устойчивую среду, которая психологически и эмоционально необходима для жизни человека, важно начать программу наземных экспериментов.Только через множество итераций, множество ошибок и опыт обучения мы начнем понимать, как функционируют такие мини-биосферы.

Моя должность в «Биосфере-2» была директором по земным и космическим приложениям, поэтому я посещал космические конференции и общался с исследователями из космических агентств по всему миру, а также с более широким научным сообществом. Многие поначалу скептически отнеслись к Биосфере-2, хотя после первого эксперимента по закрытию, увидев, что произошли драматические экологические сюрпризы, и оценили, что медленное снижение уровня кислорода можно было наблюдать только потому, что объект достиг замечательной герметичности — менее 10% утечки в год. скорость изменила многие взгляды (рис. 6) [5].Исследователи биорегенеративного жизнеобеспечения в космосе были в восторге от того, что Биосфера 2 дала такую ​​большую видимость вопросам долгосрочного проживания в космосе, и как только они поняли, что мы прекрасно знали, что космические условия исключат создание структуры, подобной Биосфере 2 [28]. Мы пытались запустить не установку, а значимую идею о том, что создание биосферных систем необходимо для бессрочной экспансии человека в космос. Мне нравится выражаться лаконично: люди не могут существовать без биосферы — и это будет верно в космосе так же, как и на Земле.


В отчете Национальной комиссии США по космосу (1986 г.) под председательством Томаса Пейна, администратора НАСА во время высадки на Луну Аполлона, «Пионерство на космическом фронтире», указывалось на необходимость работы, начатой ​​в Биосфере 2. В их отчете говорится

«Биосфера не обязательно стабильна; это может потребовать разумного стремления поддерживать виды на желаемом уровне. Земля поддерживает биосферу; до сих пор мы не знаем других примеров. Чтобы исследовать и заселить внутреннюю Солнечную систему, мы должны разработать биосферы меньшего размера и научиться их строить и поддерживать… Строители Биосферы 2 преследуют несколько целей: значительно улучшить наше понимание биосферы Земли; разработать пилотные версии биосфер… и подготовиться к строительству биосфер в космосе и на поверхности планет, которые станут поселениями космического фронта [29].

Изучение того, как проектировать, строить и жить в биосферах, имеет решающее значение не только для нашего будущего на Земле, но и для нашего будущего как космической цивилизации.

3.4. Биорегенеративные системы жизнеобеспечения для космоса

Ограничения по весу и объему из-за затрат на запуск с Земли серьезно ограничат размер и область применения ближайших биорегенеративных систем жизнеобеспечения. До тех пор, пока ресурсы для создания почв на месте не могут быть использованы для жилых помещений на Луне или Марсе, гидропонные или аэропонные системы обеспечат более реальный подход к выращиванию растений в космосе.Растения также будут давать пищу, очищая воду и частично пополняя запасы кислорода. Предполагаемые суточные потребности для поддержания жизни одного человека в космосе включают 4577 граммов питьевой воды и воды для приготовления пищи; вода для стирки 18 000 г и вода в пище 128 г, в то время как кислород составляет всего 805 г, а пища 855 г сухого веса [30]. Вода очищается при эвапотранспирации. Контроль влажности по своей сути приводит к конденсации испаряемой воды, которая повторно использует наибольшее количество воды в системе.Непосредственное использование человеком для питья, мытья и туалета требует гораздо меньших количеств. По мере увеличения возможностей и использования ресурсов in situ посевные площади могут быть увеличены, а методы высокопродуктивного производства, такие как аквапоника, которая поддается рециркуляции с замкнутым контуром, необходимой для биорегенеративного жизнеобеспечения в космосе, могут производить рыбу, а также овощи, чтобы обеспечить больше рациона космических экипажей и обитателей базы [31]. Чем больше биомассы производится в результате фотосинтеза растений, тем больше кислорода будет поступать и тем больше будет очищаться воздух, хотя для безопасности и дублирования их следует дополнять физико-химическими подходами и хранением жизненно важных материалов.

Опыт Биосферы-2 подчеркивает важность плотной герметизации космического жилья, поскольку потеря поддерживающего жизнь кислородного компонента атмосферы, необходимого для роста растений и благополучия человека, была бы фатальной. Уильям Ф. Демпстер, системный инженер «Биосферы-2», разработал технологии герметизации и обнаружения утечек, в том числе «легкие» расширения/сжатия, чтобы предотвратить взрыв или разрушение практически герметичной конструкции из-за меняющейся температуры и влажности внутреннего воздуха, а также колебаний внешнего атмосферного давления. 32, 33].Он рассмотрел проблемы строительства воздухонепроницаемых конструкций для проживания людей и выращивания сельскохозяйственных культур на Марсе. Там очень большая разница давлений между пригодной для жизни внутренней атмосферой и очень низким давлением на поверхности Марса означает, что использование легких переменного объема было бы неуместным, и даже самые крошечные отверстия приводят к большим потерям жизненно важной атмосферы (таблица 3). Например, если марсианская база имеет объем воздуха 1000  м 3 , одно отверстие диаметром 1 мм потребовало бы пополнения всей атмосферы каждые 80 дней, что почти в пять раз больше всей атмосферы каждый год.Кроме того, обитатели и другие формы жизни должны быть защищены от опасного излучения, поскольку на Луне и Марсе отсутствует озоновый слой Земли, защищающий ее поверхность. Одним из решений является использование достаточного количества реголита для защиты внутренних помещений от радиационной опасности. Анкерные конструкции также являются серьезной проблемой на поверхности Марса и могут служить аргументом в пользу желательности подземных мест для базы [28].

7 100 м 3 2 8.1

Диаметр отверстия (мм) Объем базы Mars (M 3 )
1000 м 3 10 000 м 3 100 000 м 3 1 000 000 м 3
46,3 4,63 0,463 0,046 0,005
0,2 ​​ 185 18,5 1,85 0,185 0,019
0,5 1158 116 11,6 1,16 0,116
1 4634 463 46,3 4,63 0,463
2 18535 +1854 185 18.5 1,85
5 115846 11585 +1158 116 11,6
10 463385 46338 4634 463 46,3

Наш опыт с Биосферой 2 также преподал ценные уроки о важности достаточного фотосинтетически активного излучения (ФАР) для выращивания сельскохозяйственных культур.Только около половины солнечного света извне достигало нашей системы интенсивного земледелия из-за структуры стеклянной пространственной рамы. Многочисленные исследования показали, что урожайность сильно коррелирует с PAR. Дополнительное освещение было установлено в Биосфере 2 для второго эксперимента по закрытию в 1994 году. Это, а также использование сельскохозяйственных культур и сортов культур, более подходящих для слабого освещения, возможно, помогло команде достичь 100% производства своего рациона по сравнению с 83% во время первого двухлетнего закрытия. [34]. Энергия, необходимая искусственному освещению для полного выращивания сельскохозяйственных культур или для дополнения солнечного света, может быть очень большой.Существует неотъемлемый компромисс между использованием высокоинтенсивного освещения для повышения урожайности и, таким образом, уменьшением необходимого размера сельского хозяйства по сравнению с затратами на электроэнергию для освещения. На рис. 7 показаны эти отношения с использованием экспериментальных данных для очень высокоурожайных сортов пшеницы [27].


Многие другие факторы требуют значительно большего исследования, прежде чем их можно будет надежно использовать в реальных космических условиях. Например, эксперименты, проведенные группой исследователей «Биосфера-2» в Лаборатории «Биосфера», показали, что различные культуры имеют весьма характерные и отличающиеся друг от друга модели фиксации СО 2 и реципрокного производства кислорода [35, 36]. на малых объемах атмосфер околоземных космических аппаратов и баз также варьируются в зависимости от стадии роста сельскохозяйственных культур от прорастания до старения и концентрации CO 2 .Сбалансированная диета из космических культур, несомненно, будет включать в себя различные культуры, включая корнеклубнеплоды, листовую зелень, овощи, бобовые и зерновые, поэтому баланс их потребностей в CO 2 и скорости фиксации, а также предотвращение чрезмерного производства кислорода будет иметь решающее значение для разрешить.

Другие проблемы включают в себя обучение управлению взаимодействиями между стихийными циклами. Ускоренное время цикла присуще небольшим закрытым экологическим системам, даже в масштабах Биосферы 2, поскольку экологические буферы и резервуары также ограничены.Концентрация живой биомассы в атмосфере больше, чем на Земле. Опасность накопления токсичных элементов в воздухе и воде или секвестрации и, таким образом, превращения основных элементов в недоступные в почве, отложениях или биомассе гораздо выше в синтетических экологиях. Изучение того, как обеспечить, чтобы системные потоки оставались в допустимых границах для здоровья, и чтобы питательные и другие циклы были завершены, жизненно важно для устойчивости биорегенеративных систем жизнеобеспечения для космического жилья [11].

Некоторые инновационные подходы к экологической инженерии, использованные в Биосфере 2, могут оказаться полезными в долгосрочном космическом будущем. Почвенные микробы и растения могут очищать воздух от накоплений потенциально токсичных газовых примесей, а построенные водно-болотные угодья могут очищать и перерабатывать сточные воды и их органические питательные вещества, увеличивая при этом разнообразие растений, включая пищевые культуры [19, 20]. Такие подходы могут снизить зависимость от систем, требующих сложных технологий, источников питания, расходных материалов, таких как химикаты, и квалифицированного технического обслуживания.

Проблемы людей, живущих так далеко и небольшими группами в космосе, нельзя игнорировать. Существует обширная литература о том, что может и часто происходит в исследовательских группах, на антарктических базах и даже в экспериментах по моделированию космоса. Некоторые из них пришлось отменить из-за распрей, сексуальной ревности и агрессии, а также подсознательного саботажа миссии и работы друг друга. Биосфера 2, безусловно, была ключевым примером с физическим разделением восьми человек на два года.Хотя существовала некоторая фракционность, усугубляемая борьбой за власть снаружи, команда была полна решимости продержаться до конца запланированного эксперимента по закрытию и провести как можно больше научных исследований. Важно иметь достаточно места для уединения, а также иметь природные элементы, такие как растения, для работы. Рассказы астронавтов и космонавтов космических станций подчеркивают психологические преимущества наличия на борту других форм жизни. Садоводство и время, проведенное на природе, даже стали признанными важными средствами для снятия стресса.

Что также помогло команде «Биосферы-2» сплотиться и слаженно работать даже в разгар личного и группового динамического напряжения, так это осознание того, что объект буквально был нашей системой жизнеобеспечения. Все, что наносило ущерб живым или техническим системам «Биосферы-2», также могло угрожать здоровью экипажа, поэтому подсознательный саботаж был немыслим и никогда не происходил [10, 25]. Эти осознания будут еще более глубокими для человеческих исследовательских групп или жителей за пределами планеты, где нет шлюза, через который они могли бы безопасно покинуть.Жители космоса, несомненно, влюбятся в свой урожай и мир; думать и действовать, чтобы сохранить их здоровье, будет приоритетом, который преодолеет личные и групповые разногласия и сплотит их в команду.

3.5. Различные подходы к проектированию космических систем жизнеобеспечения

Исследования биорегенеративных систем жизнеобеспечения (BLSS), разработанных для космоса, были сосредоточены на способах упростить естественную сложность экологии, чтобы максимизировать эффективное производство основных средств жизнеобеспечения, минимизируя необходимый объем и вес и для обеспечения жесткого кибернетического и человеческого контроля.Как в советской космической программе, так и в НАСА самые ранние системы использовали только резервуары с водорослями, которые регенерировали воздух и воду, но не удовлетворяли потребности в пище. Итак, были введены сельскохозяйственные культуры, и в исследованиях изучались способы максимизации урожайности с помощью селекции сельскохозяйственных культур, легкой гидропоники и высокого уровня света. Установка «Биос-3» в Сибири была самой передовой BLSS в 1970-х годах, производя большую часть рациона экипажа, перерабатывая жидкие отходы жизнедеятельности человека, регулируя уровни CO 2 и удаляя летучие органические соединения (ЛОС) путем нагревания несъедобных отходов растениеводства в термокаталитический нейтрализатор [37].

После «Биосферы-2» Япония построила CEEF (Закрытый экологический экспериментальный комплекс). Их подход к проектированию заключался в исследовании и разработке нескольких отдельных отсеков, которые затем объединялись с возможностью мониторинга и регулирования потоков из одного модуля в другой. CEEF включает в себя закрытый экспериментальный комплекс для растений, закрытый экспериментальный комплекс для животных и людей и закрытый геогидросферный эксперимент для изучения водно-болотных угодий и наземных экосистем. Были проведены короткие недельные эксперименты с участием двух человек, домашних коз и пищевых культур [38].

В настоящее время самые передовые работы ведутся в Китае и Европейским космическим агентством (ЕКА). В первом есть группа во главе с профессором Шуаншэном Го из Китайского центра исследований и подготовки астронавтов в Пекине, а другая группа, в основном базирующаяся в Бэйханском университете, во главе с профессором Хун Луи, разрабатывает Лунный дворец (Permanent Astrobase Life). -поддержка искусственной закрытой экосистемы). Флагманской программой ESA BLSS является проект MELiSSA (Микроэкологическая альтернатива системе жизнеобеспечения).

Поучительно сравнить цели и критерии проектирования «Биосферы-2» с этими усилиями, сосредоточенными строго на краткосрочных системах жизнеобеспечения, пригодных для освоения космоса. Из-за этой цели эти системы BLSS направлены на совершенствование самых маленьких и простых систем жизнеобеспечения, выбирая процессы, которые минимизируют массу, объем, потребности в энергии и время экипажа при максимальной эффективности, надежности и степени закрытия при регенерации воздуха, воды и воды. производство продуктов питания. В отличие от этих других исследовательских усилий и объектов BLSS, CEEF включает наземные и морские экосистемы из-за их желания отслеживать радиоактивные элементы в окружающей среде и изучать вопросы, связанные с глобальным изменением климата.Все остальные объекты включают только то, что необходимо для поддержки людей. Дизайн MELiSSA был вдохновлен переработкой пресноводной наземной экосистемы, поэтому их подкомпоненты включают разложение отходов термофильными анаэробными бактериями, затем переработку фотогетеротрофными бактериями, нитрификацию с использованием нитрифицирующих бактерий, оживление воздуха (фотосинтез с микроводорослями), производство продуктов питания с использованием высших пищевых продуктов. посевов и боевого отделения [39].

Испытания в Лунном дворце включали успешные 105- и 370-дневные эксперименты с экипажами из двух и трех человек.Интегрированная BLSS включает более высокие площади для выращивания растений с использованием штабелированных грядок для уменьшения необходимой площади, извлечение азота из мочи и биоконверсию растительных и человеческих отходов в почвоподобный субстрат, производство животного белка с использованием желтых мучных червей ( Tenebrio molitor L .) , а также контроль проблемных газовых примесей с помощью электростатического фильтра, активированного угля и каталитического реактора. Контроль содержания кислорода в пределах от 19,5 до 21,5 % и CO 2 в пределах от 500 до 5000 ppm осуществляется за счет кибернетических манипуляций с нагревательными элементами в биореакторах отходов, режимом освещения установок и деятельностью экипажа [40–42].

Группа профессора Го исследует более совершенные методы внутрипотолочного освещения растений и других компонентов, необходимых для BLSS в наземных и космических условиях. Они провели 30-дневный эксперимент с двумя людьми и 180-дневный эксперимент с четырьмя членами экипажа. В последнем 4 отсека выращивали урожай, 2 предназначались для жилья экипажа, а 2 — для жизнеобеспечения и ресурсной рубки. Их CELSS Integrating Experimental Facility (CIEF) использовал активированный уголь для очистки воздуха и систем выращивания растений, которые включали как гидропонику, так и твердую среду [43].Все эти объекты BLSS используют недавно разработанные светодиодные фонари для выращивания сельскохозяйственных культур в качестве более энергоэффективного подхода.

Было некоторое непонимание Биосферы 2 теми, кто сравнивает ее с этими подходами к созданию успешных биорегенеративных систем жизнеобеспечения. Цели «Биосферы-2» сильно отличались от попыток упростить и построить максимально компактную, энергоэффективную и надежную систему регенерации воздуха/воды и производства продуктов питания, ориентированную исключительно на жизнеобеспечение человека.Одной из основных целей «Биосферы-2» было создание нового типа биосферной экспериментальной установки, имеющей отношение к пониманию основных процессов биосферы Земли. Таким образом, как и CEEF, необходимо было дополнить производство продуктов питания/переработку отходов/среду обитания людей областями, аналогичными основным биомам Земли. Это потребовало включения тропических лесов, саванн, пустынь, мангровых болот и коралловых рифов в океанических районах, поскольку биомы являются строительными блоками биосферы [44, 45].

Точно так же, поскольку мы хотели, чтобы интенсивный сельскохозяйственный биом Биосферы 2 имел отношение к глобальному сельскому хозяйству, система была основана на почве, а не на гидропонике или аэропонике, и открыта для солнечного света.Таким образом, почвы могут помочь в удалении следовых газов, а также могут стать образцом для достижения относительно высокой продуктивности на единицу площади при сохранении здоровья и плодородия почвы. Поскольку прохождение солнечного света через пространственный каркас и за счет структурного затенения было уменьшено, производство продуктов питания было ограничено относительно низким уровнем фотосинтетически активного излучения, в отличие от большинства систем BLSS, которые работают с высоким уровнем освещения для уменьшения площади, необходимой для продовольственных культур, а также за счет вертикального расположения. грядок для выращивания растений.

Несмотря на большое количество неизвестных, Биосфера 2 смогла успешно воспроизвести довольно разнообразные биомические области и сохранить достаточное разнообразие, так что они оказались полезными для экспериментов, связанных с проблемами глобального изменения климата и угроз биоразнообразию. Вопреки многим предсказаниям, дикие районы Биосферы 2 не были захвачены инвазивными видами «сорняков», а поддерживали совершенно разные экологические условия под одной крышей. Несмотря на то, что в течение трехлетнего периода, когда он эксплуатировался как закрытый экологический объект, были некоторые серьезные проблемы и неожиданности, этот прототип биосферной лаборатории преподал важные уроки, которые помогут улучшить дизайн будущих наземных минибиосфер.Его подход, который использовал упаковку видов и экологическую самоорганизацию с технологиями, необходимыми для поддержания требований каждого биома к диапазону температуры / влажности, режиму осадков и т. д., а также для экономного использования человеческого вмешательства по мере необходимости для предотвращения больших потерь биоразнообразия, в значительной степени достиг своих целей. . Это было несколько неожиданно, поскольку первым двухлетним экспериментом по закрытию была миссия по «вымогательству». Поучительным для будущих биосферных объектов было изучение того, насколько важно начинать с почв, достаточно зрелых, чтобы иметь лучший баланс C : N, чтобы дыхание почвы не превышало фотосинтез на раннем этапе его работы.Это стало основной причиной снижения содержания кислорода в атмосфере. Более поздние исследования показали, что почвы фермы «Биосфера-2» стабилизировались менее чем через пять лет после первоначального двухлетнего эксперимента [46].

Актуальность «Биосферы-2» для жизнеобеспечения в космосе не конкурирует с потребностями, движущими исследователями BLSS, и не противоречит им. Его важность заключается в том, что мы изменили то, как мы в конечном счете представляем себе полноценную и богатую жизнь в космосе, когда можно расширить компактные гидропонные области возделывания сельскохозяйственных культур, а также районы производства отходов и насекомых, чтобы включить в них часть красоты и разнообразия, которые люди всегда имели на планете Земля — и также может потребоваться в космосе.

По мере того как космическая биорегенеративная система жизнеобеспечения становится все более надежной, мы можем предвидеть постепенное расширение за счет более экологически разнообразных комплексов. Например, фруктовые деревья обеспечат большее разнообразие рациона, небольшие лесные массивы, пруды, водоемы и т. д. повысят психологическое удовольствие и экологическую устойчивость космической жизни. В конце концов, минибиосферы можно представить в долгосрочном космическом будущем человечества. Поэтому жизненно важно инициировать небольшие и крупномасштабные эксперименты на Земле и узнать больше о том, как функционируют такие синтетические экологии.В процессе мы узнаем, как лучше проектировать их, чтобы предотвратить неожиданности и коллапсы. Такие эксперименты также углубят наше понимание основных процессов, лежащих в основе биосферы Земли, и породят новую развивающуюся область сравнительной биосферы.

4. Выводы

С 2006 года компания «Биосфера 2» принадлежит и управляется Аризонским университетом. Хотя это больше не закрытая экологическая система, это по-прежнему объект, где экологические системы, аналогичные земным биомам, экспериментально манипулируют и исследуют.Он продолжает свою жизнь как важная научная лаборатория, а также используется для обучения и вдохновения студентов и общественности.

Ранняя жизнь Биосферы 2 как первой в мире минибиосферы является знаковым событием в области биосферы и закрытых экологических систем. Примечательны подробные записи о том, как разнородные экологические системы проектировались, создавались, а затем адаптировались к уникальным условиям окружающей среды [47, 48]. Обширная сеть датчиков окружающей среды и аналитических лабораторных анализов в сочетании с данными о каждом критическом элементе мини-мира обеспечивает подробный отчет об метаболизме и развитии экосистемы в процессе самоорганизации.

Человеческий опыт такой внутренней связи, зависимости и ответственности за помощь в поддержании здоровья маленького мира все более актуален для нашей потребности в глобальном ответе на критические экологические проблемы, с которыми мы сталкиваемся на Земле. Биосфера 2 также стала переломным проектом, который значительно расширил наши представления о том, что повлечет за собой жизнь за пределами планеты. В обоих случаях ключом к успеху будет научиться быть ответственными биосферистами, помогая управлять нашей планетарной и внепланетной биосферами.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Вернадский, Ноосфера и Вивекананда

Владимир Иванович Вернадский Русско-украинский геолог был больше, чем геолог. Он был одним из первых системных мыслителей и новаторским междисциплинарным ученым. Его книга «Биосфера» была опубликована на русском языке в 1926 г. и на французском языке в 1929 г. 150 страниц и скромная обложка, важность книги не была полностью понята за пределами небольшого меньшинства междисциплинарных ученых, занимающихся экосистемами.Советская система всегда с подозрением относилась к любым новым достижениям в науке. Что касается Вернадского, то он отказался признать марксистскую диалектику единственным действительным подходом к истине. Это объясняет, почему его работа не была переведена на английский язык до 1986 года американской издательской фирмой Synergetic. До тех пор только те работы, которые великий эколог Хатчинсон сумел перевести на английский язык с помощью одного только сына Вернадского Джорджа Вернадского, оставались доступными на английском языке.

С тех пор важность биосферы — ее актуальность и ценность — все больше и больше открывается заново.Философы-естествоиспытатели Николай Полунин и Жак Гринвальд отмечают возрастающее значение мыслей Вернадского в экологических науках:

Не может быть и речи о жизненном и огромном значении концепции Биосферы в нашем современном мире, даже несмотря на то, что ее актуальность обеспечивает почти все компоненты жизнеобеспечения человека и природы. Тем не менее, если оглянуться назад в прошлое, то действительно кажется невероятным, что ни у кого не было или каким-то образом развивались и публиковались эти идеи до тех пор, пока они не были так ясно изложены Владимиром Ивановичем Вернадским менее семидесяти лет назад.И теперь Биосфера становится жизненно важной всеобщей реальностью, которую нам нужно поддерживать в неприкосновенности и лелеять, возможно, даже более горячо, чем любую конкретную часть или фактор земной или водной поверхности нашей планеты.

В «Биосфере» Вернадский указывает на принципиальное единство жизни в пространстве и времени, в то же время признавая важность и динамическую эволюцию и угасание различных форм, в которых жизнь проявляется как планетарное явление. Он говорит:

Жизнь остается неизменной в своих существенных чертах во все геологические времена и изменяется только по форме.Все жизненные пленки (планктон, дно, почва) и все жизненные концентрации (литораль, саргасс и пресная вода) существовали всегда. Их взаимные отношения и связанные с ними количества материи время от времени менялись; но эти модификации не могли быть большими, потому что приток энергии от солнца был постоянным или почти постоянным в течение всего геологического времени, и потому что распределение этой энергии в жизненных пленках и концентрациях могли определяться только живой материей — фундаментальная и единственная переменная часть термодинамического поля биосферы.

Обнаружение такого единства (неизменной жизни), проявляющегося через разнообразие форм («изменения только в форме»), считалось отличительной чертой истинно реализованного человека в индийских духовных традициях. Например, в «Бхагавад-гите» говорится, что тот, кто переживает укоренившуюся природу множества форм в Единстве и Единство, расширяющееся в различные формы, достигает высшей Истины. Интересно, что со времен Дарвина биологические науки смогли раскрыть это глубинное единство, проявляющееся в многообразии форм, в процессе эволюции.Сам Вернадский обратился к индуистской традиции в поисках духовности, синхронизированной с этим новым видением. В 1920 году он записал в своем дневнике:

Мне кажется, что в отношении проблем души и божества религиозные и философские мысли индусов дают нам гораздо больше, чем наши собственные идеи, так тесно связанные с иудео-христианством. .

Снова он был ошеломлен гимном «творения» («Насатея Сукта») в десятой мандале Ригведы.Он написал своему другу в экстатических словах:

Посылаю вам потрясающий гимн «Ригведы» в метрическом переводе Дейссена. Кажется, что последний довольно верен содержанию оригинала. Это произведение неизвестного поэта, жившего как минимум за много сотен лет до Христа и задолго до Будды, Сократа и всех греческих философов и науки. Но как он современен и какие глубокие мысли порождает. Я вижу это как прыжок в вечность, потому что он вызывает большие сомнения в отношении любого творца, и корень существования переносится в то, что находится вне этого мира, что рождается и исчезает, и что не может быть уловлено или объяснено, это тоска сердце и чувство любви.

Важность Вернадского не только в том, что он раскрывает наше эволюционное прошлое в потрясающе новых рамках и позволяет понять текущие экологические циклы как с эволюционной, так и с планетарной точек зрения. Он также предоставил важную информацию о будущей эволюции Земли. Планетарная эволюция, по Вернадскому, превратила геосферу в биогеосферу или биосферу, а биосферу в то, что он назвал «ноосферой». К этой мысли он пришел в 1938 г. в работе «Научная мысль как планетарное явление»:

Биосфера, объятая живым веществом, как бы увеличивает свою геологическую силу до бесконечности; он как бы тоже преображается научной мыслью Homo sapiens и переходит в свое новое состояние — ноосферу.

Ноосфера — это следующая фаза планетарной эволюции, где разум становится важной биогео-силой: сознание формирует эволюционное будущее. Он развил мысль дальше:

Человечество в целом становится могучей геологической силой. Возникает проблема переустройства биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы приближаемся, сами того не замечая, и есть ноосфера.

Термин «ноосфера» был впервые введен антропологом-иезуитом Тейяром де Шарденом. Однако именно Вернадский связывал возникновение ноосферы с эволюционной историей планеты.

Вслед за Вернадским многие видные мыслители эволюции вновь заявили о том, как появление самосознания человечества совершило решающий переход в эволюции от биосферы к ноосфере. В 1960 году, в год столетия публикации «Происхождения видов», сэр Джулиан Хаксли ввел термин «психосоциальная эволюция», чтобы охарактеризовать природу эволюции после появления человека:

Биологическая эволюция — это только сектора или фазы этого тотального процесса.Есть также неорганический сектор и психосоциальный или человеческий сектор. Фазы сменяют друг друга во времени, причем более поздние основываются на более ранних и развиваются из них. Неорганическая фаза является добиологической, человеческая — постбиологической.

Хаксли также остро ощущал потребность в психосоциальной науке для руководства этой постбиологической эволюцией:

Основная задача психосоциальной науки будет заключаться в описании и анализе хода и механизма психосоциальной эволюции в научных терминах.Она также будет включать в себя науку о человеческих возможностях. Каковы возможности человека и его природы индивидуально и коллективно? Как их реализации помогают или мешают разные типы психосоциальной среды? Как мы можем оценить человеческую реализацию; каким образом и в какой степени этому могут способствовать изменения в психосоциальной организации? В частности, такая наука потребует радикального переосмысления систем человеческого образования, их целей, содержания и техники.

Свами Ранганатхананда из Миссии Шри Рамакришны развил эти идеи Хаксли:

Что подразумевается под «психосоциальной» эволюцией? От живой клетки до Homo sapiens биологическая эволюция была мотивирована органическим удовлетворением, численным увеличением и органическим выживанием.Но с появлением человечества они стали, как утверждает современная биология, второстепенными. Основной мотивацией становится удовлетворение. Сама эволюция становится на этой стадии сознательной, преднамеренной и целенаправленной, в отличие от инстинктивных процессов на дочеловеческой стадии.

Десятилетия спустя, в начале 1980-х годов, Джонас Солк, главный изобретатель вакцины против полиомиелита, почувствовал, что с появлением человеческого разума в планетарной эволюции наступила новая фаза. Он назвал это метабиологической эволюцией:

Начало жизни положило начало биологической эволюции, иногда называемой дарвиновской эволюцией.Эволюционировали все более сложные организмы, пока не появились человеческие формы, а вместе с ними и развитие человеческого разума. С появлением человека появилась способность создавать новые формы, которые иначе не существовали бы. … Разум подобен извержению вулкана, и сила, стоящая за ним, существует в этом дополнительном слое коры головного мозга. Человеческий разум изменил скорость эволюции ошеломляющим образом. … Я называю эволюцию человеческого сознания и творчества метабиологической эволюцией. Я не пытаюсь придумывать новые слова просто так.Скорее, я пытаюсь унифицировать, связать все воедино. Я мог бы назвать эти три фазы химической эволюцией, биологической эволюцией и культурной эволюцией. Но тогда связь между ними может быть не ясна. Когда я имею в виду добиологическую, биологическую и метабиологическую эволюцию, то объединяющая связь неявна. Три фазы являются частью того, что я называю универсальной эволюцией, в которой мы видим раскрытую эволюцию самой эволюции.

То, что Хаксли называет психосоциальной эволюцией, а Солк — метабиологической эволюцией, — это разные названия одного и того же процесса, который принял планетарную эволюцию после появления разума.Это возникновение ноосферы Вернадского. Пришло время системным биологам обменяться мнениями с обществоведами.

Меметическая эволюция ноосферы

Изучение того, как развивается ноосфера, требует от ноосферы разработки новых инструментов и структур. Перспективным концептуальным инструментом в этом отношении является меметика. Хотя она еще окончательно не утверждена как наука, она дает радикально освежающий взгляд на приближение к ноосферной эволюции.Британский зоолог и писатель Ричард Докинз, впервые придумавший этот термин, называет основную единицу культурной передачи или имитации «мемом». Мемы — это самовоспроизводящиеся единицы. По словам Докинза, от мелодий до идей, моды на одежду, гончарного дела и инженерного дела — все эти выученные, передаваемые модели поведения являются мемами. Докинз также указывает на любопытную связь между мемами и генами:

Мемы и гены часто могут усиливать друг друга, но иногда они противоречат друг другу.Например, привычка к безбрачию, по-видимому, не передается по наследству. Ген безбрачия обречен на неудачу в генофонде, за исключением очень особых обстоятельств, подобных тем, которые мы наблюдаем у общественных насекомых. Но все же мем про безбрачие может иметь успех в мемофонде. Например, предположим, что успех мема в решающей степени зависит от того, сколько времени люди тратят на его активную передачу другим людям.

Психолог Генри Плоткин дает определение мема, основанное на определении Докина:

Мем — это единица культурной наследственности, аналогичная гену.Это внутреннее представление знания.

Меметические системы, состоящие из взаимосвязанных, но различных мемов, намного больше, чем отдельные идеи, музыкальные мелодии, индивидуальные верования и фантазии. Религии, философские системы, политические идеологии — все это примеры меметических систем с множеством взаимосвязанных мемов. Религия, например, как меметическая система, может включать определенные мемы, такие как верования, философские положения, гимны, определенные музыкальные мелодии и т. д. также подвергаются постоянному давлению отбора в ноосфере.Определенные мемы процветают, когда в ноосфере происходят серьезные изменения.

Ранее, в 1962 году Томас Сэмюэл Кун, историк и философ науки, опубликовал книгу «Структура научных революций», в которой он ввел термин «смена парадигмы». Сдвиг парадигмы означает изменение основных допущений или парадигм в господствующей научной теории. По мере того, как наука становится все более и более доминирующим и наиболее распространенным универсальным мыслительным процессом человечества, фундаментальное изменение в научном мировоззрении можно рассматривать как крупный сдвиг в ноосфере — почти аналогичный кембрийскому взрыву форм в сочетании с, возможно, массивным вымирание или менее драматичное прекращение деятельности.Интересен вопрос, насколько это изменение в ноосфере влияет на нашу собственную биосферу и на место и будущее человечества в биосфере?

В своей книге 1982 года «Поворотный момент: наука, общество и восходящая культура » физик, ставший глубинным экологом, и писатель Фритьоф Капра под влиянием Куна показывает, как «смена парадигмы», начавшаяся в « Новая физика внесла изменения в различные дисциплины. Он стремится установить доминирование механистического взгляда на жизнь в биологических науках, согласующегося с ньютоновской моделью «мир-машина», и связывает растущее значение системного взгляда на биологию с появлением новой физики.Этот сдвиг парадигмы можно рассматривать как главный сдвиг в составе ноосферы, изменение давления отбора ноосферы.

Если мы возьмем картезианскую или ньютоновскую физику как меметическую систему, то доминирование этой меметической системы в ноосфере допускает содоминирование и коэволюцию подобных меметических систем в других областях Ноосферы. С такими экспериментами, как эксперименты с двумя щелями, парадокс ЭПР, ведущий к эксперименту Белла, концепция «неявного порядка» Бома возникла еще одна меметическая система, которая, просочившись через научно-популярные книги и философов науки, способствовала возникновению других мемов.Таким образом, новая физика, выбранная в результате решающих экспериментов, в свою очередь способствовала успешному распространению таких мемов, как «взаимосвязь», «холизм» и т. д. С этим изменением в ноосфере мемы, такие как «паутина жизни», «все вещи связаны, как кровь, которая объединяет всех нас» и т. д. (слова, приписываемые вождю Сиэтлу), начинают иметь более глубокую экзистенциальную основу, связанную с ними, а не просто как поэтическую и романтическую гиперболу. Можно сказать, что ценности выживания этих мемов меняются.

Следует также отметить появление мировоззрения Гайи, отстаиваемого Джеймсом Лавлоком и Линн Маргулис, и его широкое признание в качестве родственного явления. Взаимосвязь, которую открыла Новая Физика, популяризированная в бесчисленных научно-популярных журналах (которую также чрезмерно использовали дешевые авторы новой эры), произвела этот сдвиг в общественном сознании. Питер Хэй из Университета Тасмании, писатель и защитник окружающей среды указывает на влияние новой физики на общее экологическое мышление:

У движения за окружающую среду есть свои фавориты среди теоретиков новой физики, и одним из них является Дэвид Бом.Представление Бома о «импликативном порядке», в котором «тотальность существования заключена в каждой области пространства (и времени)», так что «целостность пронизывает все», также напрягает лежащую в основе структуру большего целого против потока хаотического самосознания. играет организация. Несмотря на то, что последствия этих событий проникли в массовое сознание и еще дольше, чтобы оказать серьезное влияние на теорию, практику и технологическое применение науки в других ее областях, потенциальные последствия трудно недооценить.Их кумулятивный эффект заключается в том, чтобы подорвать редукционистскую науку, поскольку больше нельзя с уверенностью утверждать, что знание заключается в понимании составных частей биофизических систем .

Очевидная поддержка, которую новая физика оказывает зеленым способам видения, была явно выражена рядом наблюдателей (например, Birch and Cobb 1981; Capra 1983; 1992; Devall and Sessions 1985: 88-89). По сути, это заключается в подкреплении нередукционистской парадигмы, которая также обнаруживается в экологии, включая упор последней на непредвиденные общесистемные последствия технологических вмешательств в биологическую систему.

Также можно различить меметический симбиоз. Презренное суеверие, прикрывающееся жаргоном квантовой механики, можно рассматривать как меметический паразитизм. Экологическое мышление, получившее новый импульс от идеи взаимосвязи, концептуализированной некоторыми квантовыми физиками, можно рассматривать как меметический комменсализм. Что еще более важно, выбор мемов также имеет последствия для биосферы.

Те мемы, которые меняют то, как человеческое сознание понимает свои отношения с природой вокруг и внутри, имеют серьезные последствия как для планеты, так и для человеческого вида.Те меметические системы, которые уничтожают другие мемы, безжалостно уничтожают меметическое разнообразие, которые ограничивают появление новых мемов, могут поставить под угрозу все человечество. Успешное человеческое общество должно обеспечивать меметическое разнообразие, а не уничтожение мемов в пользу монокультур разума. Карл Саган подчеркивает необходимость сохранения меметического разнообразия, заключая в своей книге «Драконы Эдема»: характерные человеческие компоненты нашей природы для процветания, тем обществам, которые поощряют разнообразие, а не соответствие, тем обществам, которые готовы вкладывать ресурсы в разнообразные социальные, политические, экономические и культурные эксперименты и готовы пожертвовать сиюминутными преимуществами ради долгосрочная выгода; тем обществам, которые относятся к новым идеям как к деликатным, хрупким и чрезвычайно ценным путям в будущее

Сегодня цифровая связь открыла еще одно измерение для ноосферы.Это ускорило цифровую эволюцию ноосферы, которая движется в сторону более быстрой интеграции человечества. Но цифровая глобализация также невольно высвободила силы для экспансионистских монокультур исключительного типа. В такой ситуации здоровая ноосфера требует максимального меметического разнообразия. Буддийский ученый профессор Локеш Чандра называет это меметическое разнообразие тео-разнообразием. Он отмечает:

Биоразнообразие — высший закон природы.Только в Индии насчитывается более ста тысяч видов флоры и фауны, а в нашей стране — более миллиона форм растительной и животной жизни. Точно так же духовная жизнь должна угадывать несколько значений, смутную мудрость природы, свет Множества и изображать таинство, заключающее в себе Множественное, Изменяющееся, Безмолвное. Не будем ранить годы «Единственной Верной». Один должен стать Многим…. Тео-разнообразие является неизбежным следствием поразительных открытий в науке и их универсального применения в технике.Только тео-многообразие обеспечит восхождение человечества к свету и благородству, что делает Радость не атрибутом духа, а его сущностной природой (сач-чид-ананда).

Различные измерения ноосферной эволюции, одновременно связанные с предыдущими фазами эволюции, но качественно отличающиеся от них, еще не до конца открылись человечеству. Нам нужны радикально иные рамки и подходы, чем обычные социологические, экономические, политические, психологические модели, которые у нас есть.Хотя меметика и вызывает споры, она определенно является одним из таких инструментов, но нам нужно развивать еще больше фреймворков — как редукционистских, так и целостных, которые должны работать взаимодополняющим образом.

Интересно отметить, что в трудах и лекциях Свами Вивекананды есть основная структура, которая предвосхищает развитие системного подхода к эволюции вселенной, жизни и разума. Он видел в эволюции лежащее в основе единство всей жизни, отвергающей спонтанное творение, с внешним фактором, таким как Бог, и он также сделал вывод, что с появлением человеческого разума и единства человечества началась новая фаза эволюции.В своей лахорской лекции о веданте он отверг существование Бога-творца или Разума вне природы:

Что за борьба между наукой и религией повсюду? Религии обременены такой массой объяснений, которые приходят извне — один ангел ведает солнцем, другой — луной и так до бесконечности. Каждое изменение вызывается духом, и все они сходятся в том, что все они находятся вне вещи. Наука означает, что причина вещи ищется в природе самой вещи.По мере того, как шаг за шагом развивается наука, она выводит объяснение явлений природы из рук духов и ангелов. …Эта вселенная не была создана каким-либо внекосмическим Богом и не является работой какого-либо внешнего гения. Это самотворное, саморастворяющееся, самопроявляющееся, Единое Бесконечное Существование, Брахман. Таттвамаси Шветакето — «Это ты! О Шветакету!»

Странное эхо приведенных выше слов Вивекананды (произнесенных в 1897 году в Лахоре) можно найти в трудах Стивена Хокинга в его бестселлере 1988 года «Краткая история или время», где он говорит:

Пока у Вселенной было начало, мы могли предположить, что у нее есть создатель.Но если вселенная действительно полностью самодостаточна, не имеет ни границ, ни края, то у нее не было бы ни начала, ни конца; это было бы просто. Какое место тогда для творца?

В случае органической эволюции жизни на нашей планете Вивекананда придерживается того же адваистического подхода к процессу. Через эволюцию Свами Вивекананда приходит к основному единству всей жизни, как Дарвин до него и Вернадский после него:

Возьмем, к примеру, жизнь маленького растения.Мы находим две вещи, которые делают растение само по себе единством, — его рост и развитие, его увядание и смерть. Они составляют одно единство растительной жизни. Таким образом, принимая эту растительную жизнь только за одно звено в цепи жизни, мы можем принять всю серию за одну жизнь, начиная с протоплазмы и заканчивая самым совершенным человеком. Человек есть одно звено, а разные звери, низшие животные и растения — другие звенья. Теперь вернитесь к источнику, к мельчайшим частицам, из которых они произошли, и примите весь ряд за одну жизнь, и вы обнаружите, что всякая эволюция здесь есть эволюция чего-то, что существовало прежде.

Хотя Вивекананда говорил о «цепи» и «звене», он подчеркивал тот факт, что все они были «одной жизнью» с вариациями только в проявлении. Естественно, как мы увидим позже, он пришел к метафоре дерева, когда говорил об эволюции. Единство жизни, которое подчеркивает Свами Вивекананда, является одним из важных понятий, к которому пришел каждый ученый-эволюционист в ходе своей личной научной одиссеи. Сам Дарвин после открытия естественного отбора выразил в своих заметках чувство, мало чем отличающееся от духа провидцев Упанишад:

T вот один живой дух, господствующий над этим миром (подверженный определенным случайностям органической материи главным образом теплота), которая принимает множество форм по подчиненным законам.— Существует один мыслящий чувственный принцип (тесно связанный с одним родом органической материи — есть ли и какой мыслительный принцип, по-видимому, принимается в соответствии с более широкими отношениями индивидов, посредством чего необходим выбор с помощью памяти или разума? — который

Известный британский эволюционист Дж.Б.С. Западная психика, которая, как он заметил, была типично индуистской.Он написал:

Моя жена категорически заявила, что Дарвин обратил Европу в индуизм. Я думаю, что это преувеличение, но оно ближе к истине, чем кажется. Индуизм не является религией в том смысле, в каком этот термин понимают приверженцы прозелитизма религиозных верований. Это отношение ко вселенной, совместимое с различными религиозными и философскими верованиями… Таким образом, Дарвин, с индуистской точки зрения, обладал, по крайней мере, некоторыми качествами святого.

Но что делает Вивекананду более актуальным для изучения ноосферы, так это то, как он избегает лженауки социального дарвинизма.Это замечательная позиция, потому что в то время большая часть западного мира находилась под влиянием Герберта Спенсера, применявшего принцип «выживания наиболее приспособленных» к человеческим обществам, оправдывая порабощение незападных обществ, колониальную эксплуатацию, расизм и уничтожение умственно отсталых людей во имя науки евгеники. В беседе с учеником Вивекананда предлагает удивительно иной взгляд на проблему эволюции человека:

В животном мире мы действительно видим такие законы, как борьба за существование, выживание сильнейшего и т.д., видимо на работе. Поэтому теория Дарвина кажется в какой-то степени верной. Но в человеческом царстве, где есть проявление разума, мы находим прямо противоположные этим законам. Например, у тех, кого мы считаем действительно великими людьми или идеальными характерами, мы почти не наблюдаем никакой внешней борьбы. В животном мире господствует инстинкт; но чем больше человек продвигается, тем больше он проявляет разумности. По этой причине прогресс в разумном человеческом царстве не может быть достигнут, как в животном царстве, путем уничтожения других!…

Следовательно, теория борьбы не одинаково применима к обоим царствам.Борьба человека находится в ментальной сфере. Человек больше в той мере, в какой он может контролировать свой ум. Когда деятельность ума полностью остановлена, Атман проявляет Себя. Борьба, которую мы наблюдаем в животном мире за сохранение грубого тела, находит свое применение на человеческом плане существования для обретения господства над умом или для достижения состояния равновесия. Подобно живому дереву и его отражению в воде резервуара, мы находим противоположные виды борьбы в животном и человеческом царствах.

В этом разговоре Вивекананды подразумевается идея психосоциальной или метабиологической эволюции как качественно иной фазы эволюции, которая произошла до сих пор. Здесь следует отметить, что Свами Вивекананда отвергает двойственность ума и материи. Он рассматривает разум как динамический континуум с окружающей средой:

И материя, и разум на самом деле не что иное, как силы; и если вы проанализируете их достаточно глубоко, вы обнаружите, что в корне они едины. Сам факт того, что внешняя сила может каким-то образом вызвать внутреннюю силу, показывает, что где-то они соединяются друг с другом — они должны быть непрерывны и, следовательно, в основе своей являются одной и той же силой.Когда вы добираетесь до сути вещей, они становятся простыми и общими. Поскольку одна и та же сила проявляется в одной форме как материя и в другой форме как разум, нет причин думать, что материя и разум различны. Ум превращается в материю, материя превращается в разум. Сила мысли становится нервной силой, мускульной силой; мышечная и нервная сила становятся силой мысли. Вся эта сила есть природа, выраженная как материя или разум.

Разум, как явление, не отличное от природы, но неразрывно связанное с ней через материю и энергию, перекликается с представлениями Вернадского о человеческом разуме как могущественной геологической силе в ноосфере.На самом деле Вернадский, рассматривая разум как важный фактор планетарной геобиоэволюции, получает предчувствие в мысли Вивекананды, хотя и на гораздо более широком полотне. Свами Вивекананда снова и снова подчеркивает важность сохранения различных подходов и взглядов на истину. Для него разнообразие — условие жизни:

Смерть — результат бездействия. Быть активным; и везде, где есть активность, должно быть различие. Различие — это соус жизни; это красота, это искусство всего.Отличие делает здесь все прекрасным. Именно разнообразие является источником жизни, признаком жизни. Почему мы должны его бояться?

Познать главный секрет, что истина может быть одна и в то же время их может быть много, что мы можем по-разному видеть одну и ту же истину с разных точек зрения, — это именно то, что нужно сделать. Тогда вместо неприязни к кому-либо мы будем иметь бесконечную симпатию ко всем. …. Подобно тому, как природа есть единство в разнообразии — бесконечная вариация в феноменальном — как во всех этих вариациях феноменального и через них проходит Бесконечное, Неизменное, Абсолютное Единство, так и с каждым человеком; ….Эта идея, по сравнению со всеми другими идеями, я считаю вопиющей необходимостью дня.

Однако все это меметическое разнообразие должно также подвергаться давлению отбора. Свами Вивекананда, по сути, говорил о тео-разнообразии, о различных религиозных системах. Здесь он хотел, чтобы методология науки стала универсальной селекционной силой для всех меметических систем, включая религиозные системы. Он утверждает:

Должна ли религия оправдывать себя открытиями разума, которыми оправдывает себя любая другая конкретная наука? Применимы ли те же методы исследования, которые мы применяем к наукам и знаниям вне, к науке о религии? По моему мнению, так и должно быть, и я также придерживаюсь мнения, что чем скорее это будет сделано, тем лучше.Если религия уничтожается такими исследованиями, то она всегда была бесполезным, недостойным суеверием; и чем раньше это пройдет, тем лучше. Я глубоко убежден, что его уничтожение было бы лучшим, что могло произойти.

Это научная мысль Вернадского становится настоящим глобальным явлением. Свами Вивекананда также предвидит такое просвещенное принятие меметического разнообразия, которое в конечном итоге должно привести к реализации Единства на универсальном уровне.В своей лекции «Единство в многообразии», прочитанной в Лондоне 3 rd ноября 1896 года, он сказал:

Я не говорю, что ваша точка зрения неверна, добро пожаловать. Из этого выходит великое благо и благословение, но не осуждайте, следовательно, мою точку зрения. Моя тоже по-своему практична. Давайте все разработаем наши собственные планы…. Я видел некоторых ученых, которые были в равной степени практичными, как учеными, так и духовными людьми, и я очень надеюсь, что со временем все человечество станет таким же эффективным.Когда чайник закипает, если вы наблюдаете за этим явлением, вы обнаружите, что сначала поднимается один пузырь, затем другой и так далее, пока, наконец, все они не соединятся, и не произойдет сильное волнение. Этот мир очень похож. Каждый человек подобен пузырю, а народы подобны множеству пузырей. Постепенно эти народы объединяются, и я уверен, что придет день, когда исчезнет разделение и станет явным то Единство, к которому мы все идем. Должно наступить время, когда каждый человек будет столь же интенсивно практичен в научном мире, как и в духовном, и тогда это Единство, гармония Единства наполнит весь мир.

Вернадский сказал бы да этому видению единства всего человечества – это была бы его идеальная Ноосфера. Ведь академик Аксенов сообщал в журнале «Наука в СССР», что Вернадский в последние дни своей жизни был глубоко увлечен творчеством Свами Вивекананды.

А в этом году исполняется 150 лет со дня рождения Свами Вивекананды и Вернадского.

(PDF) Биосфера антропоцена

20 Обзор антропоцена

Эллис Э.К., Антилл Э.К. и Крефт Х. (2012) Не все потеряно: биоразнообразие растений в антропоцене.PLoS ONE

7(1): e30535. doi:10.1371/journal.pone.0030535.

Ellis EC, Fuller DQ, Kaplan JO et al. (2013a) Датировка антропоцена: к эмпирической глобальной истории

преобразования человеком земной биосферы. Элементаология антропоцена 1: 000018,

doi: 10.12952/journal.elementa.000018.

Ellis EC, Kaplan JO, Fuller DQ et al. (2013б). Подержанная планета: глобальная история. ПНАС 110: 7978–7985.

Ellis EC, Klein Goldewijk K, Siebert S et al.(2010) Антропогенная трансформация биомов, с 1700 по

2000. Глобальная экология и биогеография 19: 589–606.

Enkerlin-Hoeflich EC и Hogan KM (1997) Попугай с красной короной (Amazona viridigenalis). В: Poole A и

Gill F (eds) The Birds of North America, No. 292. Philadelphia, PA: The Birds of North America, Inc.

Erwin DH, Laflamme M, Tweedt SM et al. (2011) Кембрийская загадка: раннее расхождение и более поздний экологический успех в ранней истории животных.Наука 334: 1091–1097.

Falk R (2014a) Изменение климата и ядерное оружие В: Falk R (Re)Imaging Humane Global Governance.

Нью-Йорк: Рутледж.

Falk R (2014b) Изменение политического климата: переходный императив. Great Transition Initiative,

, сентябрь 2014 г. Доступно по адресу: http://www.tellus.org/pub/Falk_Changing_the_Political_Climate_A_

Transitional_Imperative.pdf.

Fay JC и Wu C-I (1999) Узким местом в человеческой популяции может быть объяснение несоответствия между образцами

митохондриальной и ядерной ДНК.Молекулярная биология и эволюция 16: 1003–1005.

Foley JA, Ramankutty N, Brauman KA et al. (2011) Решения для культивируемой планеты. Природа 478: 337–342.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) (2014a) Состояние мирового рыболовства и аквакультуры. Рим:

ФАО.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация (ФАО) (2014b) Состояние продовольствия и сельского хозяйства. Рим: ФАО.

Гибсон Д., Бендерс Г.А., Эндрюс-Пфаннкоч С. и др. (2008a) Полный химический синтез, сборка и

клонирование генома Mycoplasma genitalium.Наука 319: 1215–1220.

Гибсон Д., Бендерс Г.А., Аксельрод К.С. и др. (2008b) Одностадийная сборка в дрожжах 25 перекрывающихся фрагментов ДНК с образованием полного синтетического генома Mycoplasma genitalium. ПНАС 105: 20 404–20 409.

Gilbert N (2013) Тематические исследования: Тщательный взгляд на ГМ-культуры. Природа 497: 24–26.

Grassineau N, Abell P, Appel PWU et al. (2006) Признаки ранней жизни в изотопах серы и углерода из Исуа,

Барбертон, Вабигун (Крутая скала) и зеленокаменные пояса Белингве (3.8 до 2,7 млрд лет). В: Кеслер С.Э. и

Омото Х. (ред.) Эволюция атмосферы, гидросферы и биосферы Земли на ранней стадии – ограничения

из рудных месторождений. Геологическое общество Америки 198: 33–52.

Haberl H, Erb K-H, Krausmann F et al. (2013) Биоэнергетика: чего мы можем ожидать к 2050 году? Экологический

Research Letters 8: 031004. doi: 10.1088/1748–9326/8/3/031004.

Хафф П.К. (2014a) Технология как геологическое явление: влияние на благополучие человека.В: Waters

CN, Zalasiewicz JA, Williams M et al. (ред.) Стратиграфическая основа антропоцена. Геологическое общество

, Лондон, специальные публикации 395: 301–309.

Хафф П.К. (2014b) Люди и технологии в антропоцене: шесть правил. The Anthropocene Review 1: 126–

130.

Halpern BS, Walbridge S, Selkoe KA et al. (2008) Глобальная карта воздействия человека на морские экосистемы.

Наука 319: 948–952.

Hanrahan G, Patil DG и Wang J (2004) Электрохимические датчики для мониторинга окружающей среды: проектирование,

разработка и применение.Журнал мониторинга окружающей среды 6: 657–664.

Харт М.Б. (редактор) (1996) Биотическое восстановление после событий массового вымирания. Лондонское геологическое общество Special

Publication 102, 392 pp.

Haupt H, Ludwig G, Gruttke H et al. (2009) Rote Liste gefährdeter Tiere, Pflanzen und Pilze Deutschlands,

Band 1: Wirbeltiere. Бонн-Бад-Годесберг: Bundesamt für Naturschutz.

Хейвуд А., Риджуэлл А., Лант Д. и др. (2011) Существуют ли дочетвертичные геологические аналоги будущего

тепличного утепления? Философские труды Королевского общества, Лондон, A369: 933–956.

Heise U (2008) Чувство места и чувство планеты. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета.

Генрих Дж., Бойд Р. и Ричерсон П. (2008) Пять неправильных представлений о культурной эволюции. Человеческая природа

19: 119–137.

Биосфера 2: Что произошло на самом деле?

Осенью 1991 года я был заперт в герметичном мини-мире площадью в три акра под названием «Биосфера-2» — футуристическом объекте стоимостью 150 миллионов долларов недалеко от города с метким названием Оракл, штат Аризона. Я присоединился к семи другим исследователям в смелом, громком исследовании устойчивости и новой науки о биосфере — изучении закрытых систем, которые имитируют окружающую среду Земли.

Это было прямо из научно-фантастического фильма, и в отличие от всего, что ранее предпринималось в таком масштабе. Наша цель состояла в том, чтобы провести эти два года, изучая, как мини-биосфера, состоящая из дикой природы, фермы и группы людей, будет работать с минимальным количеством внешних воздействий. Предприятие «Биосфера 2», финансируемое из частных источников, преследовало три основные цели: обучение, развитие экотехнологий и изучение того, насколько хорошо работает наша эколаборатория. Мы также надеялись помочь НАСА и другим космическим агентствам узнать больше о системах жизнеобеспечения для долгосрочных космических миссий.

Если вам интересно, что такое Биосфера 1, вы живете на ней — на планете Земля. Это лучший способ понять мое путешествие к экологическому рубежу. Я жил на миниатюрной Земле, чтобы лучше понять фундаментальные процессы биосферы и улучшить отношение людей к нашему миру.

Наш экипаж — биосферцы — состоял из многонационального племени: пять американцев, два британца и один бельгиец; нас было четверо мужчин и четыре женщины. Среди нас были ботаник, морской биолог и врач.(Я руководил системой переработки сточных вод и помогал в экологических и сельскохозяйственных исследованиях.) Вместе мы стали первыми аборигенами нового техно-живого синтеза.

У нас не было руководства по эксплуатации.

Планирование и строительство Биосферы 2 заняло семь лет. Как сказал один из наших многочисленных ученых-консультантов: «Когда вы строите новый мир, вам нужно решить все проблемы мира». Многие эксперты думали, что мы на 50 лет опередили свое время.

Мы надеялись, что проект зажжет воображение публики.В архитектуре смешаны стеклянные пирамидальные формы майя с ослепительно белыми геодезическими куполами типа Бакминстера Фуллера и сводчатыми камерами прямо из древнего Вавилона. Внутри мы построили мир бонсай. Его дикие биомы включали тропический лес с 25-футовым водопадом, травянистую саванну, пустыню, пресноводные и соленые водно-болотные угодья с мангровыми деревьями и коралловый риф в океане глубиной 25 футов и длиной 150 футов (источник наша поваренная соль).

Наши инженеры столкнулись с огромными трудностями. Им пришлось воспроизвести многие бесплатные услуги Земли, такие как океанские волны (они использовали вакуумные насосы).Они должны были обеспечить правильную температуру и количество осадков в каждом биоме, опреснять воду, собирать и циркулировать воду, очищать сточные воды, очищать воздух от следовых газов и даже создавать легкие бризы.

Мы надеялись, что «Биосфера 2» взбудоражит общественное воображение.

Биосфера 2 должна была поддерживать жизнь, не загрязняя ее невольно машинами и материалами, присутствие которых могло иметь непредвиденные побочные эффекты. Все, что попадало внутрь, было проверено, чтобы избежать синтетических материалов, выделяющих следовые количества ядовитых газов, с которыми наши жизненные системы не могли справиться.В результате шерсть и дерево использовались для полов, стеновых панелей и мебели в жилых помещениях. Химические дезодоранты и моющие средства были запрещены. То же самое и с костром — даже с зажженными свечами на день рождения.

Внутри пузыря
26 сентября 1991 года мы вошли в Биосферу 2, чтобы начать наш эксперимент. Как и у астронавтов, у нас было много дел, чтобы заполнить наши дни. Сельское хозяйство занимало 25 процентов нашего времени бодрствования, исследования и техническое обслуживание — 20 процентов, написание отчетов — 19 процентов, приготовление пищи — 12 процентов, управление биомами — 11 процентов, животноводство — 9 процентов.Остальное время мы проводили, давая интервью СМИ и решая разные вопросы. Мы построили выходные для отдыха и наблюдения за изменениями в нашей растущей биосфере.

Мы выращивали нашу еду, выращивали и забивали скот. Мы работали в лабораториях, обслуживали оборудование и проводили время в наших жилых помещениях. Выращивание хорошей питательной пищи было главным приоритетом, требующим от каждого работать по три-четыре часа в день пять дней в неделю. Никто из нас не был фермером. Голод стал новым опытом и нашим постоянным спутником.Мы существовали так, как люди существовали с незапамятных времен. Улучшалось ли наше сельское хозяйство по мере того, как мы продвигались вперед? Вы держите пари. Голод — отличный мотиватор. Если вы его не вырастите, вы не сможете его съесть.

Среди наших 80 культур были рис, ямс, арахис, сорго, просо, свекла, пшеница, морковь, перец, бананы, инжир, помидоры, капуста, баклажаны, лук, папайя, фасоль, сладкий и белый картофель, кабачки и травы. В Биосфере 2 сосуществовали в общей сложности 3000 видов растений и животных. Поскольку мы не могли использовать химические пестициды, мы использовали биологические средства борьбы, такие как божьи коровки, чтобы поедать вредителей.Мы импортировали четыре вида полезных тараканов для переработки органического вещества. К сожалению, этот великий эволюционный выживший — домашний таракан — пробрался и взорвался в опасной для урожая численности, как и другой безбилетный вид, муравьи.

Мы наслаждались простыми удовольствиями. Одним из наслаждений был кофе, приготовленный из зерен с кофейных деревьев нашего молодого тропического леса, который мы могли делать только раз в две или три недели. Мы дорожили каждой чашкой. Для пиццы мы четыре месяца выращивали урожай пшеницы, которую затем нужно было обмолотить и перемолоть.Помидоры, перец и лук должны были созреть. Доставка за 30 минут у нас не предусмотрена.

Хотя у нас была в основном вегетарианская диета, мы иногда готовили специальные блюда из небольшого количества мяса (четверть фунта на человека в неделю), яиц и молока. Мы вырастили несколько видов маленьких свиней, карликовых коз и различных кур — мексиканскую породу, элегантных японских шелкопрядов и дерзких бентамок.

Рыба была редким лакомством. Мы выращивали и собирали тилапию на рисовых полях.Десятки видов тропических рыб и гигантских тихоокеанских моллюсков длиной 2 фута населяли наш океан. Мы их не ели, но нам понравилось плавать с маской и трубкой в ​​крупнейшем в мире искусственном коралловом рифовом океане.

Мы получали удовольствие от ухода за нашими животными и даже давали им имена. Среди наших дойных коз были Milky Way, Stardust и Vision. Мы назвали двух свиней Зазу и Куинси. Одной из наших дурацких цыпочек была миссис Фруткейк.

Одним из наслаждений был кофе, приготовленный из зерен с кофейных деревьев нашего молодого тропического леса, который мы могли делать только раз в две-три недели.

То, что мы, биосферы, гуманно убивали и перерабатывали домашних животных, вызывало у посетителей недоверие и любопытство. И все же, несмотря на то, что мы не использовали химические удобрения или пестициды, наша ферма была самой производительной половиной акра земли в мире. Мы выращивали 83 процента нашей еды. Наш врач, который ежедневно следил за нашим потреблением калорий и проводил частые медицинские анализы, назвал нашу высокобелковую низкокалорийную пищу «здоровым голоданием». Я потерял 25 фунтов, и иногда я был так голоден, что ел арахис в скорлупе.

Мы стали изобретательнее в блюдах и вкусах. Каждый из нас съедал более фунта сладкого картофеля в день. Со временем мы беспокоились, что бета-каротин, который придает им, бананам и моркови их отличительные цвета, окрасит нас в сбивающий с толку оранжевый оттенок. Мы никогда не замечали никаких изменений, но со временем посторонние стали встревожены нашим новым цветом лица.

Несмотря на наши ограниченные запасы еды, мы припасли кое-что для пиров и праздников. Мы приготовили сыр, мороженое и фруктовые коктейли.Иногда мы даже разбавляли вечеринки банановым вином, рисовым пивом и свекольным виски, которые все ненавидели, даже когда пили.

Наш доктор впервые разработал нашу диету с высоким содержанием питательных веществ в медицинской школе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, но никто не изучал ее влияние на людей. Его исследования показали, что наши тела стали очень эффективно использовать питательные вещества из всего, что мы ели. Мы вернули часть потерянного веса после того, как наш организм приспособился к первоначальному режиму потребления 1800 калорий в день. По мере того как мы становились лучшими фермерами, наше потребление выросло до 2200 калорий в день.

Так же, как наша ферма и домашний скот, процветали и наши биомы. Их общая биомасса — вес всех растений — увеличилась более чем вдвое. Каждая экозона была «набита видами». В то время как некоторые растения и деревья погибли, команда контролировала инвазивные виды, а биомы быстро росли и сохраняли удивительное разнообразие, несмотря на свои небольшие площади. Пустыня, например, превратилась из области, где преобладают кактусы, в территорию, населенную кустарниками и деревьями. Мы позволяем этому процессу разворачиваться. В этом биоме биосфера научила нас тому, как она хочет развиваться.

Для развлечения и общения мы привезли полуобезьян-галаго, известных как «малыши кустарника».

В других биомах нам пришлось вмешаться, чтобы обеспечить их стабильность. Например, риф в нашем океане процветал отчасти благодаря тому, что мы удалили водоросли, блокирующие солнечный свет, и улучшили качество воды. В тропических лесах ипомея пришла в такое буйство, что вынуждала нас часами выдергивать их удушающие лианы.

Человеческий элемент
Каждый день мы наслаждались чувственными удовольствиями, характерными запахами, звуками и пейзажами каждого биома.Мы прославляли наш мир в поэзии, кино, писательстве, искусстве и музыке на межбиосферных фестивалях искусств с участием сторонних художников. Для развлечения и своего рода компании мы привезли полуобезьян-галаго, известных как «малыши кустарника». Эти ночные африканские животные, живущие на деревьях, весят два с половиной фунта и питаются фруктами и насекомыми. Их обезьянье любопытство привело их к исследованию всех уголков нашего маленького мира.

Члены экипажа

могли встречаться с друзьями и родственниками у окон или по телефону, но внутри нас было только восемь человек.Мы основательно узнали друг друга. Я мог сказать по шагам или дыханию, кто проходил мимо моей комнаты.

Мы заразились синдромом, который психологи называют иррациональным антагонизмом. То есть мы разделились на две группы по четыре человека. Борьба за власть над направлением проекта усугубила ситуацию. Одна сторона хотела нового руководства и перенастройки приоритетов нашей миссии, уменьшив акцент на закрытии и уделяя больше времени науке. Другая сторона хотела сохранить лидерство проекта и наши цели.«Это было действительно ужасно», — вспоминал позже один из членов экипажа. «Я мог быть таким холодным с людьми из другой группы, проходя мимо них и даже не глядя на них». Хотя драки не было, одна из членов экипажа спустя годы пожаловалась, что в нее плюнули. Дважды.

Мы работали над устранением разногласий, читали книги по групповой динамике и проводили домашние сеансы групповой терапии. Насколько это было возможно, мы держали наши конфликты в открытом виде. Как бы мы ни расходились во мнениях, мы продолжали работать вместе.Никогда не было случаев подсознательного саботажа Биосферы-2 или чьих-либо исследований. Неизмеримо помогло то, что все были привержены успеху Биосферы 2.

С самого начала мы договорились, что не будем упрощать наш опыт, говоря о нашей сексуальной жизни. Мы не говорили о сексе со СМИ. Когда нас спросили, наш стандартный ответ был: «Люди есть люди. Все, что вы могли ожидать от людей, произошло здесь». При этом среди нас было две пары мужчина-женщина, а остальные были одиноки.Я провел два года счастливым эко-монахом.

Кому Воздух — это Человек
Через несколько месяцев мы поняли, что уровень кислорода в нашем организме падает. Вместо того, чтобы сдаться и закачать кислород в Биосферу 2, мы решили изучить проблему и то, как она повлияла на нас. Через 16 месяцев наш уровень кислорода упал с 20,9% до 14,2%, что эквивалентно жизни на высоте 15 000 футов. Половина из нас страдала заметными симптомами высотной болезни, в том числе апноэ во сне. Опасаясь, что нехватка кислорода может повлиять на наше мышление, мы сказали нашей дежурной медицинской бригаде рассмотреть вопрос об отмене решений нашего врача о нашем благополучии.Однажды он обнаружил, что не может добавить столбец чисел.

В этот момент все согласились, что мы достигли опасного предела.

Прибыли рефрижераторы для закачки чистого кислорода в Биосферу 2. Сначала его закачивали только в одну из камер биосферы. Эффект был ликование. Мы начали безумно смеяться и бегать. «Я чувствовал себя заново родившимся дышащим, восхваляющим кислород», — сказал один из членов экипажа. Это было одно из самых драматичных физиологических возрождений в моей жизни, подчеркнувшее, что мы воспринимаем живительный кислород как должное.До этого наблюдатели говорили, что наблюдать за нашей работой было все равно, что смотреть танец в замедленной съемке. Возьмите лук, зеленые растения и морские водоросли. Без вас на Земле могла бы быть такая же атмосфера, как на Марсе.

Что вызвало кризис? Микробы в наших органически обогащенных почвах производили углекислый газ с большей скоростью, чем наши молодые растения могли производить кислород посредством фотосинтеза. Мы обнаружили, что большая часть недостающего кислорода была преобразована в CO2 и поглощена незапечатанным бетоном в нашей среде обитания.

Возвращение
Мы вышли из Биосферы-2 26 сентября 1993 года, выполнив свою миссию. Все восемь из нас сильно изменились.

Мы были в удивительно хорошем состоянии. У нас было такое же содержание жира, как у профессиональных спортсменов, и более низкое кровяное давление и уровень холестерина, чем были на входе. Эмоционально выйти на улицу было все равно, что расстаться с любовником, который нежно заботился обо мне. Биосфера 2 была нашим детищем, мы выросли и преобразились благодаря ему. Мы чувствовали с ним единство, глубокую внутреннюю связь.Мы знали, что наше здоровье зависит от здоровья нашей биосферы.

Мы были счастливы быть звездами нашего Нью-Эйдж зоопарка.

Мои первые походы в супермаркеты странно дезориентировали. Я вернулся к еде, не зная, где и как каждый ингредиент был выращен, собран и обработан. Я понял, что в моем прежнем мире не было ни мусора, ни упаковки, ни загрязняющих окружающую среду автомобилей, ни раздражающих, абсурдных вещей. Все в Биосфере 2 имело смысл. Это был невероятно чувствительный мир. Все, что мы делали, имело последствия и значительно увеличивало нашу внимательность.

К сожалению, наша внешняя научно-фантастическая внешность, возможно, сработала слишком хорошо. «Биосфера 2» попала в заголовки новостей по всему миру, но мы не предвидели, что такой громкий резонанс приведет к такому сенсационному освещению. Вначале нас рекламировали как «Проект, который спасет мир». Потом нас постигли неизбежные издевательства и увольнения. «Псевдонаучный трюк» было одним из оскорблений.

К сожалению, многое из того, что мы узнали, осталось незамеченным. Чрезмерное освещение в СМИ заставило людей думать, что эксперимент провалился.Но заглянуть в «Биосферу-2» пришел миллион посетителей, и еще миллионы следили за нами в новостных аккаунтах. Мы были счастливы быть звездами нашего нового зоопарка, живого экспоната, который углублял человеческое понимание наших отношений с нашей глобальной биосферой.

Биосфера 2, величайший из когда-либо проводившихся экспериментов по экологической самоорганизации, произвел революцию в области экспериментальной экологии. Мы доказали, что закрытая экосистема может работать годами, и на этом уроке могут основываться планировщики марсианской колонии. Мы извлекли уроки, чтобы помочь сохранить жизнь рифам, подвергшимся стрессу, и как защитить тропические леса.Мы работали с нашими зелеными союзниками, чтобы не допустить слишком высокого уровня CO2. Наша ферма показала, что высокая производительность и полная переработка питательных веществ могут быть достигнуты без токсичных химикатов.

Сегодня я сохраняю оптимизм в отношении того, что люди могут решить проблемы, которые они сами же и создают. Мой оптимизм в значительной степени проистекает из моего опыта в Биосфере-2, который научил нас, что каждое действие, каким бы малым оно ни было, важно. «Возможно, мы пришли на разных кораблях, но теперь мы все в одной лодке», — сказал Мартин Лютер Кинг-младший.Мы поняли это в «Биосфере 2», и я вижу растущее понимание во всем мире того, что мы находимся в общей спасательной шлюпке, независимо от нашего происхождения и обстоятельств. Мы сталкиваемся с тестом IQ вида, который определит, смогут ли люди продемонстрировать интеллект, стойкость и приспособляемость, чтобы стать совместной, творческой частью нашей планетарной биосферы, или же мы движемся к эволюционному тупику.

Это волнующий и да, пугающий вызов нашего времени. Но у нас есть союзники. Как мы так незабываемо узнали в Биосфере 2, мы все являемся частью биосферы, телом и душой.

Биосфера на нашей стороне.

Марк Нельсон является автором книги Расширение наших возможностей: взгляды из биосферы 2 , из которой адаптированы части этой статьи. Он является директором-основателем Института экотехники в Санта-Фе, Нью-Мексико и Лондоне.

Первоначально эта статья была напечатана под заголовком «Не от мира сего».

Биосфера | Encyclopedia.com

Биосфера — это самое большое из возможных земных организмов.Это земная оболочка жизни, или общая глобальная биомасса живой материи. Биосфера включает в себя каждый отдельный организм и видов на поверхности земли — те, что ходят по земле или живут в расщелинах скал и спускаются в почву , те, что плавают в реках, озерах и океанах, и те, что входят и выходят из атмосферы .

Биос по-гречески означает жизнь; «сфера» происходит от латинского sphaera , что по существу означает «круг или область действия, знания или влияния», «место или сцена действия или существования», «естественное, нормальное или надлежащее место».Объединенные в биосферу, эти две идеи определяют нормальное глобальное место существования для всех земных форм жизни и, во все большей степени, глобальную область влияния и действия для людей.

Книга журнала Scientific American о биосфере описывает ее как «эту тонкую пленку воздуха, воды, почвы и жизни не глубже десяти миль или одна четырехсотая часть земного радиуса, [которая] сейчас является местом неопределенной истории человечества.Г. Э. Хатчинсон в той же книге спросил: «Что такого особенного в биосфере?» Он предположил, что ответ, по-видимому, состоит из трех частей: «Во-первых, это область, в которой жидкая вода может существовать в значительных количествах. Во-вторых, он получает достаточный запас энергии из внешнего источника, в конечном счете, от солнца. И в-третьих, внутри него есть границы раздела между жидким, твердым и газообразным состояниями материи». .Но значение утверждения Хатчинсона, состоящего из трех частей, состоит в том, что эти три характеристики земной поверхности делают возможным существование жизни. Они обеспечивают условия, необходимые для жизни многочисленных и разнообразных организмов биосферы.

Жизнь зародилась в совершенно другой среде, чем сегодня: атмосфера, например, состояла в основном из метана , аммиака и двуокиси углерода . По мере развития жизни она изменила атмосферу (и другие абиотические компоненты поверхности земли), превратив ее в нынешнюю богатую кислородом смесь газов, жизненно важных для жизни в том виде, в каком она существует сейчас.И эти формы жизни поддерживают эту критическую смесь в сложной, изменчивой системе глобальных циклов.

Разнообразие и сложность биосферы ошеломляет. Накопленные человеческие знания о его работе огромны, но еще более впечатляющим является безмерное незнание этой сложности. Люди идентифицировали около 1,5 миллиона живых представителей биосферы и, таким образом, имеют некоторые знания, по крайней мере, о таком количестве. Однако консервативные оценки фактического количества видов начинаются с 3 или 3.5–5 миллионов видов. Недавние и менее консервативные оценки варьируются до возможных 100 миллионов. Это означает, что люди совершенно не осведомлены о 50-98,5% других членов земного биологического сообщества . Подозревается их существование, но их невозможно идентифицировать или задокументировать даже по имени.

Одно из опасений, связанных с широкомасштабным человеческим незнанием биосферы, заключается в том, что многие виды могут исчезнуть еще до того, как о них станет известно.Деятельность человека, особенно разрушение среды обитания , увеличивает нормальную скорость вымирания видов . Разнообразие биосферы может быстро уменьшаться.

Таксономически биосфера организована в пять царств: monera, protista, грибов , animalia и plantae, а также множество их подмножеств, включая несколько миллионов видов, упомянутых выше. По оценке Г. Пиля, из 1200—1800 млрд т сухого веса биосферы большую часть — около 99% — составляет растительный материал.Все формы жизни в других четырех таксонах, включая животных и, очевидно, пять с лишним миллиардов людей, живущих сегодня, составляют менее одного процента.

Биосфера также может быть подразделена на биомы: биом включает в себя набор биотических сообществ в пределах определенного региона, подверженного сходным климатическим условиям, в котором преобладают виды с похожими жизненными циклами, приспособлениями и структурами. Пустыни, луга , лиственные леса умеренного пояса, хвойные леса, тундра , влажные тропические леса, сезонные тропические леса, пресноводные биомы, эстуарии, водно-болотные угодья и морские биомы являются примерами конкретных наземных или водных биомов.

Другим признаком сложности биосферы является мера процессов, происходящих в ней, особенно важнейших процессов фотосинтеза и дыхания . Огромный размер биосферы определяется количеством присутствующей биомассы. Витоусек и его коллеги оценивают чистую первичную продукцию земной биосферы в 224,5 петаграмма, при этом один петаграмм равен 10 15 граммам.

Биосфера постоянно и сложно взаимодействует с другими глобальными системами: атмосферой, литосферой, гидросферой и педосферой.Поддержание жизни в биосфере зависит от этой сложной сети биолого-биологических, физико-физических и биолого-физических взаимодействий. Все взаимодействия опосредованы одинаково сложной системой положительных и отрицательных обратных связей, а их совокупность составляет динамику всей системы. Поскольку все и все взаимопроникают и постоянно реагируют друг на друга, определение глобальной экологии является серьезной проблемой.

Обычно динамика биосферы находится в грубом равновесии.Углеродный цикл , например, обычно балансируется между образованием и разложением , известным уравнением фотосинтеза и дыхания. Как отмечает Пил: «Два планетарных цикла фотосинтеза и аэробного метаболизма в биомассе не только обеспечивают обновление биомассы, но и обеспечивают стационарную смесь газов в атмосфере. Таким образом, эти жизненные процессы опосредуют приток и отток солнечной энергии через систему, они экранируют смертельную радиацию и поддерживают температуру планеты в узком диапазоне, совместимом с жизнью.» Но деятельность человека, особенно сжигание ископаемого топлива , способствует увеличению двуокиси углерода , нарушая баланс и в процессе изменяя другие глобальные взаимосвязи, такие как природа входящей и исходящей радиации и различия в температуре между полюсами и тропиками

Если люди хотят лучше понять биосферу, необходимо провести гораздо больше исследований на многих уровнях. особые проблемы и особые взгляды.Совокупность биосферы может быть разбита по-разному, но жизнь простирается от отдельной клетки до совокупности земного шара. Хотя биологи обычно определяют свои дисциплины в рамках одного уровня и хотя они могут изучать только один уровень, ученые должны учитывать контекст, полный набор уровней и взаимодействие между ними.

Люди, безусловно, один из видов, составляющих живую биосферу. Homo sapiens вписывается в линнеевскую иерархию на ветви приматов.Используя эту иерархию в качестве связующего устройства, люди могут сделать первый шаг к пониманию того, как они относятся к остальным обитателям биосферы, вплоть до самых отдаленных известных видов.

Люди, без сомнения, являются доминирующим видом в биосфере. Преобразование лучистой энергии в пригодную для использования биологическую энергию все чаще используется людьми для собственных нужд. По общей оценке, люди сейчас отвлекают огромное количество чистой первичной продукции земного шара на собственные нужды: возможно, 40% земной продукции и почти 25% всей продукции либо используются, либо тратятся впустую в результате человеческой деятельности.Чистая первичная продукция определяется как количество энергии, оставшееся после вычитания дыхания первичных продуцентов или растений из общего количества энергии. Это общее количество «пищи», доступной в процессе фотосинтеза, — количество биомассы, доступной для питания организмов, таких как люди, которые не получают пищу в процессе фотосинтеза.

Люди вытесняют своих соседей в биосфере множеством видов деятельности: преобразование природных систем в сельское хозяйство, прямое потребление растений, потребление растений домашним скотом, сбор и преобразование лесов, опустынивание и многие-многие другие.Биосфера — источник всех благ: люди — неотъемлемая часть биосферы, и от ее функционирования зависит их благополучие, сама их жизнь.

[ Джеральд Л. Янг ]


РЕСУРСЫ

КНИГИ

Брэдбери, И. К. Биосфера. London/New York: Belhaven Press, 1991.

Clark, WC, and RE Munn, eds. Устойчивое развитие биосферы. Кембридж: издательство Кембриджского университета, 1986.

Пил, Г. «Биосфера». В Только один мир: нам самим создавать и сохранять. Нью-Йорк: WH Freeman, 1992.

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ИЗДАНИЯ

Сальт, С. Н. «Эволюция биосферы: на пути к новой мифологии». World Futures 30 (1990): 53–67.

Vitousek, P. M., et al. «Присвоение человеком продуктов фотосинтеза». BioScience 36 (1986): 368–373.

Экологическая энциклопедия Янг, Джеральд Л.

пользователей, автор на сайте Maize — стр. 14 из 31

ИИ с машинным обучением и робототехникой стал вездесущим в повседневной жизни и в заголовках.В то время как новаторы восхищаются тем, что это может положить конец почти всем проблемам человечества — когда данные и машины будут принимать все наши решения в будущем — в то же время публичные дебаты о влиянии этих технологий часто фундаментально пессимистичны: рисование картина о сверхразумных машинах, захвативших мир, чтобы доминировать и в конечном итоге уничтожить человеческую расу.

Реакция на эту точку зрения часто носит оборонительный характер, пытаясь отразить разрушительные силы, сохранить статус-кво и даже идеализировать мир без технологий.Таким образом, нам в основном предоставляется выбор между миром технологий или миром человечества.

По сути, это фреймирование не является ни полезным, ни конструктивным, поскольку оно основано на создании непримиримой поляризации. Вместо этого следующие десять размышлений предлагают представить себе сценарий где-то между технологической пустыней и «Хайдилендом» без технологий. Они дают некоторую пищу для размышлений о том, как мы можем преодолеть эту дихотомию и создать будущее, в котором не только возможно примирить любовь к технологиям и человечеству, но и где технологический прогресс приведет к осмысленному повторному открытию и углублению «человечности» и человечности. .

1) Время делегировать. «Машины берут на себя человеческую работу» — это то, что мы часто слышим от людей, занимающихся автоматизацией определенных задач. Однако это неверный взгляд на проблему. Вместо этого мы можем рассмотреть возможность того, что люди слишком долго выполняли работу машин. Итак, на самом деле пора технологиям освободить нас от унылой, опасной и грязной работы и освободить нас для работы, требующей больше творчества и решения проблем. У нас нет причин рисковать своей жизнью ради работы, если машина может сделать эту работу.Почему бы нам не улучшить диагностические возможности врачей с помощью алгоритмов машинного обучения, чтобы более эффективно выявлять аномалии здоровья? Технологии могут значительно расширить возможности человека — давайте раскроем этот потенциал.

2) Работа для всех. Уничтожение рабочих мест и, как следствие, массовая безработица рассматриваются левыми, правыми и центральными как один из худших сценариев ужасов ИИ, влияющих на влияние ИИ на общество и экономику. Однако нам нужно отойти от черно-белых ситуаций и провести более детальное обсуждение.Хотя верно то, что, согласно исследованию McKinsey 2017 года, в среднем 45% всех рабочих операций уже могут быть автоматизированы с помощью современных технологий, это не является синонимом утверждения, что 45% всех рабочих мест устарели. Скорее, это освобождает место в уже загруженном рабочем графике. На самых разных работах люди жалуются, что они настолько заняты повседневными делами, что не могут планировать будущее или решать новые жизненно важные вопросы. Так что давайте рассматривать это как возможность сосредоточиться на человеческой изобретательности и уделить время действительно важным темам.

3) Сделайте технологию решением, а не проблемой. Широко распространены опасения, что массовое внедрение технологий истощит ресурсы планеты, оттолкнет людей друг от друга, лишит рабочих мест и даже разожжет войну с применением ИИ. И да, как и у большинства инноваций, будут и вредные последствия. Однако машинное обучение — это мощный инструмент для поиска решений многих все более сложных проблем, с которыми мы сталкиваемся в геополитике, климате, демографии, экономике и т. д.Это средство более эффективного распределения дефицитных ресурсов. Подумайте о том, сколько времени опекуны или врачи тратят на бумажную работу, а не на своих пациентов. Алгоритмы могут выполнять многие из этих утомительных задач и освобождать их для того, что нужно пациентам: сочувствие, исчерпывающая информация, консультации и уход. В результате пациенты получают более качественную помощь, а эти специалисты могут сосредоточиться на том, что часто заставляло их выбирать профессию в первую очередь, в данном случае на помощи людям. То же самое касается оптимизации использования ресурсов и энергии.ИИ может создавать функционально эквивалентные конструкции, используя гораздо меньше материалов, чтобы оптимизировать циклы выработки электроэнергии и использование сети, экономя на затратах и ​​ограниченных ресурсах.

4) Проблемы человеческие. Многие беспокоятся, что мы оптимизируем для машин. Не будем забывать, что алгоритмы разрабатываются для людей — чтобы персонализировать опыт и сделать его более интересным или актуальным, автоматизировать процессы и облегчить выполнение определенных задач для людей. Алгоритмы не имеют потребностей и желаний; в конце концов, человек должен быть убежден аргументом, продуктом или услугой.Так что в некотором смысле это очень ориентированная на человека технология, удовлетворяющая потребности и желания людей. Во-вторых, это также означает, что для создания полезных алгоритмов и машин нам необходимо лучше понимать людей и их поведение. Таким образом, рост ИИ также подстегнет стремление лучше понимать людей и повысит спрос на навыки, ориентированные на это: антропологи, социологи и т. д.

5) Переподключить . Часто технологии ассоциируются с отсутствием смысла. И это правда, что технологии сами по себе не имеют цели, но они дают нам возможность взглянуть на людей с точки зрения их человечности.Слишком долго мы рассматривали людей исключительно как средство производства, оптимизируя систему образования и рабочие места так же, как мы проектировали фабричные цеха. Это очень механистический взгляд на человека. Но по мере того, как машины смогут выполнять все больше и больше «человеческих» задач, у нас возникнут вопросы о том, что определяет нас как людей. Математик и первый лауреат премии Тьюринга Алан Перлис однажды сказал: «года, проведенного в области искусственного интеллекта, достаточно, чтобы заставить человека поверить в Бога.«Это реальная возможность для возрождения цели, когда люди могут заново открыть для себя сущность человека, связь с собой, с другими людьми и с природой вокруг нас.

6) И Отключить . По мере того, как более повторяющиеся задачи будут выполняться алгоритмами или машинами, люди останутся с более высокой ценностью, но также и с более сложными заданиями, такими как решение сложных проблем, творчество и творчество. Сочтены дни, когда можно немного отключиться, выполняя рутинные задачи в плотном рабочем графике.Существует достаточно доказательств того, что, среди прочего, общее ощущение счастья, здоровый сон и осознанность положительно влияют на производительность на рабочем месте, особенно когда речь идет о более сложных обязанностях. Несмотря на то, что исследование ОЭСР показало, что производительность выше всего, когда люди тратят на работу меньше часов, корпоративная культура по-прежнему воздает должное людям. Хотя это может быть не новым моментом, способность быть более уравновешенным, более связанным и гармоничным с самим собой становится все более актуальной по мере развития технологий.Латинская пословица mens sana in corpore sano – в здоровом теле живет здоровый дух – по-прежнему актуальна и будет оставаться актуальной. Нам придется серьезно улучшить нашу игру, чтобы стать лучше на досуге.

7) Машины ведомые . Скептики считают, что ИИ поработит человеческую расу и в конечном итоге будет использовать нас в качестве средства производства. Но многие современные бизнес-модели, основанные на искусственном интеллекте, привели к тому, что глобальные платформенные компании разрушили некоторые покрытые коркой рынки, чтобы повысить удовлетворенность клиентов (например, Uber).В то же время они могут представлять реальную угрозу условиям труда в определенных сферах деятельности и социальной сплоченности в целом. Как общество, мы должны гарантировать, что мы не создадим класс рабочих без социальной и экономической поддержки. Так же, как когда был изобретен ткацкий станок, и были широко распространены восстания против плохих условий труда, мы должны убедиться, что мы находим правильные условия для людей, чтобы они работали и взаимодействовали с технологиями. Честно говоря, это становится все труднее во все более взаимосвязанном, глобализированном мире, но мы не можем уклоняться от этой обязанности.Наоборот, у нас есть ответственность, но также и возможность переосмыслить то, как мы думаем о рабочих моделях.

8) Давайте построим лучший полис. Многие считают, что чат-боты и социальные сети на базе ИИ создают эхо-пузыри и являются источником публичных манипуляций в ущерб нашим демократиям и институтам. Внедрение ИИ повлечет за собой целый набор этических решений о границах технологий, которые общество должно решать в целом. Большинство этих проблем по своей сути сложны и не являются черно-белыми, правильными или неправильными.Уже сегодня мы видим, что разные общества достигают разного баланса между защитой личности, т.е. защита данных и безусловное технологическое внедрение, например. социальный мониторинг. В конечном счете, это вопрос поиска правильных ориентиров. В некоторых случаях они абсолютны и универсальны, например, в отношении прав человека. В других случаях они будут относительными, и мерилом всех вещей будет человек. Например, когда мы решаем, при каких условиях разрешать самоуправляемые автомобили, мы можем сказать, что они должны быть на 100% безопасны для людей, прежде чем мы разрешим их, но алгоритмы никогда не могут быть на 100% правильными.Таким образом, статистика несчастных случаев, созданная людьми, могла бы стать хорошим эталоном, а затем обсуждение могло бы сосредоточиться на том, может ли ИИ дать лучшие результаты и насколько лучше они должны быть, прежде чем выпустить их на рынок. Эти общественные и демократические дискуссии будут приобретать все большее значение, поскольку технологии затрагивают все больше и больше аспектов нашей жизни.

9) Принять неопределенность и несовершенство . В современном быстро меняющемся мире разрушительная сила новых технологий постоянно окружает нас.Это закрепляет рост воспринимаемой нестабильности и неуверенности, с которыми людям приходится справляться. Обычной реакцией на это часто является попытка закрепить статус-кво — будь то на микроуровне в работе человека или на макроуровне в обществе в целом. Однако это не помешает техническому прогрессу в долгосрочной перспективе. Вместо этого нам нужно повысить терпимость к неопределенности и способность адаптироваться к новой информации и требованиям. Это также означает, что мы должны признать, что наши ответы не всегда будут адекватными с самого начала.Вместо этого нам нужен истинный дух экспериментирования и необходимо A/B-тестирование нашего пути к успешным решениям. Принятие этих врожденных несовершенств является высшей истиной для человечества. Ведь никто не идеален, правда?!

10) Все дело в образовании . Глупые люди беспокоятся о будущем своих детей и задаются вопросом, как мы можем подготовить их к полноценной жизни в профессиональном и личном плане. С меняющимися требованиями становится очевидным, что наша нынешняя система образования не приспособлена для подготовки людей к будущему.Он был разработан для обучения большого количества людей и отошел от очень индивидуальной модели частного учителя для привилегированных к стандартизированной системе образования для масс. Очевидно, что демократизация знаний и образования была и остается правильной целью. Тем не менее, в своем нынешнем формате он больше ориентирован на предоставление стандартизированных знаний, а не на пробуждение творчества людей. Тем не менее такие навыки, как независимое мышление, творческое решение проблем, взаимодействие и сотрудничество, находчивость, лидерство, устойчивость и эмпатия, будут иметь решающее значение при выполнении более сложных задач.В то же время мы должны включать в образование эффективные методы эмоциональной и психической устойчивости, например, с помощью упражнений на внимательность, привычек сна и методов релаксации. И ИИ также может быть частью решения здесь: выделение ограниченных ресурсов учителей в те области, в которых каждый отдельный ученик имеет наибольший потенциал для достижения успеха.

Author: alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.