Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Строение и происхождение солнечной системы

2. Учение о биосфере

3. Учение о ноосфере

Список использованной литературы



1. Строение и происхождение Солнечной системы

Последнее десятилетие принципиально изменило наши представления о строении, динамической эволюции и устойчивости Солнечной системы. Привычными стали сообщения об открытии новых объектов, выявлении новых динамических структур, проявлении свойств неустойчивости движения или хаотического поведения у тех или иных групп объектов.

Это вызвано несколькими причинами: появление новых инструментов и модернизация старых, применение высокочувствительных ПЗС-матриц и новых методов математической обработки результатов наблюдений. Все это позволяет наблюдать новые объекты, имеющие очень малую яркость и существенное собственное движение.

Новые аналитические и численные методы небесной механики в совокупности с современными вычислительными системами дают возможность моделировать движение тел Солнечной системы на интервалах времени, сравнимых с ее возрастом и даже многократно превышающих его.

На наших глазах происходит смена представлений о динамике Солнечной системы: от регулярной и устойчивой к хаотической и неустойчивой. Все это напоминает ситуацию в физике начала XX века, когда совершался переход от классической к релятивистской картине Мира. Нам предстоит разобраться где, когда и при каких условиях мы можем рассматривать Солнечную систему регулярной и устойчивой, а в каких случаях проявляются признаки хаоса и неустойчивости.

Начнем рассмотрение с современных представлений о структуре Солнечной системы. Затем обсудим понятия устойчивости и неустойчивости движения, условия возникновения резонансов и хаотического поведения. После этого проанализируем динамику малых тел Солнечной системы и обратимся к большим планетам. В заключение рассмотрим динамику Солнечной системы как целого на временах, сравнимых с ее возрастом.

Солнечная система представляет собой группу небесных тел, весьма различных по своим размерам и физическому строению. В эту группу входят: Солнце, Девять больших планет, вместе с 61 спутником, более 100000 планет (астероидов) , порядка десяти комет, а также бесчисленное множество метеорных тел движущихся как роями так и в виде отдельных частиц.

Все эти тела объединены в одну систему благодаря силе притяжения центрального тела - Солнца. Масса солнца приблизительно в 750 раз превосходит массу всех остальных тел, входящих в эту систему. Гравитационное притяжение звезды является главной силой, определяющей движение всех обращающихся вокруг него тел Солнечной системы . Среднее расстояние от солнца до самой далекой от него планеты Плутон 39,5 а.е., что очень мало по сравнению с расстоянием до ближайших звезд. Только некоторые кометы удаляются от солнца на 10⁵ а.е. и подвергаются воздействию притяжения звезд.

В Солнечной системе наблюдается огромный диапазон масс, особенное если учесть наличие в межпланетном пространстве космической пыли. Различие в массах между солнцем и какой-нибудь пылинкой в тысячную долю миллиграмма будет составлять около 40 порядков (иначе говоря, отношение их масс будет выражаться числом с 40 нулями.).

Современные представления о строении Солнечной системы

Все объекты Солнечной системы можно разделить на четыре группы: Солнце, большие планеты, спутники планет и малые тела. Мы пока ничего не говорим о спутниках малых тел, поскольку к настоящему времени таких объектов открыто всего два, а наблюдательной информации недостаточно, чтобы детально исследовать их динамику.

Солнце -- динамический центр системы. Его гравитационное влияние является доминирующим в Солнечной системе за исключением малых областей в окрестности других объектов.

Большие планеты -- визитная карточка Солнечной системы. Пять ближайших к Земле больших планет были известны с ранней истории человечества. Это -- Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. История открытия трех других больших планет показывает как менялось отношение астрономов к вопросу о размерах и населении Солнечной системы.

Открытие Урана явилось сюрпризом. Весной 1781 г. Вильям Гершель на своем 7-футовом (2.1 м) телескопе проводил наблюдения по программе определения параллаксов звезд. 13 марта 1781 г. он сделал запись об обнаружении туманной звезды или кометы. Спор о природе открытого объекта продолжался до 1787 г., когда Гершель открыл два спутника Урана: Оберон и Титанию.

Открытие Нептуна стало триумфом теории тяготения Ньютона. Анализируя неравенства в движении Урана, Бессель в Кенигсберге в 1840 г., Адамс в Кембридже в 1841 г. и Леверье во Франции в 1845 г. независимо друг от друга рассчитали орбиту планеты, ответственной за эти возмущения. 23 сентября 1846 г. Галле и д'Аррест из Берлинской обсерватории по эфемеридам Леверье открыли Нептун.

Открытие Плутона можно назвать запрограммированным. В 1896 г. Персиваль Ловелл обнаружил остаточные невязки в движении Урана после учета возмущений от Нептуна и высказал гипотезу, что эти возмущения производятся неизвестной занептунной планетой. В середине 90-х годов XIX века в Аризоне Ловелл построил обсерваторию, которая стала центром поиска новой планеты. В течение почти 30 лет было проведено несколько компаний по поиску Плутона. Но безрезультатно. В 1916 г. умер Ловелл. В 1929 г. Клод Томбо на 13-дюймовом (0.33 м) рефракторе начал новую атаку на Плутон. Открытие пришло 18 февраля 1930 г., когда Томбо сравнивал фотопластинки, полученные 23 и 29 января 1930 г. Директор Ловелловской обсерватории сообщил об открытии 13 марта 1930 г. в 149-ю годовщину открытия Урана Гершелем и 75-ю годовщину со дня рождения Персиваля Ловелла. За время поиска Плутона было проведено сравнение около 90 млн. изображений звезд в течение 7000 часов на блинк-компараторе.

Существуют ли большие планеты за орбитой Плутона? Анализ траекторий движения тел Солнечной системы и космических аппаратовПионер10,Пионер-11, Вояджер-1, Воджер-2 позволяют утверждать, что объектов, сравнимых с Плутоном, и более крупных во внешней области Солнечной системы не существует.

История открытия спутников планет не менее драматична, но мы не будем на ней останавливаться. Отметим только, что спутниковые системы планет-гигантов сложностью своего устройства зачастую превосходят Солнечную систему. Не до конца решен вопрос о происхождении двойных планет Земля-Луна и Плутон-Харон.

Малые тела Солнечной системы -- пробный камень и золотая жила небесной механики, кладезь новых открытий. Самые известные малые тела -- кометы. Упоминания о кометах можно найти в легендах и летописях практически всех народов Земли. По динамическим признакам кометы разделяются на долгопериодические и короткопериодические.

Долгопериодические кометы движутся по орбитам, большие полуоси которых достигают десятков тысяч астрономических единиц, а периоды обращения -- десятков миллионов лет. Орбиты сильно вытянуты, их эксцентриситеты близки к единице. Ориентация орбит и их наклоны к плоскости эклиптики распределены случайным образом. В настоящее время имеются сведения более, чем о 700 таких комет.

Короткопериодические кометы имеют периоды менее 200 лет, умеренные эксцентриситеты, для большинства из них наклон орбит к плоскости эклиптики не превышает 35? . Короткопериодические кометы делятся на семейства по признаку планеты-гиганта, определяющей динамику кометы. В настоящее время известно около 180 короткопериодических комет. Большинство из них принадлежит семейству Юпитера.

Самая многочисленная популяцию малых тел Солнечной системы -- астероиды. Первый астероид -- Церера -- был открыт в первый день XIX века сицилийским астрономом Пиацци. Хотя открытие и носило случайный характер, оно послужило толчком к разработке Гауссом классического метода определения орбит по трем наблюдениям и метода наименьших квадратов, благодаря которым удалось вычислить орбиту и переоткрыть Цереру спустя почти год после первых наблюдений. В настоящее время известно несколько десятков тысяч астероидов. И это число стремительно растет.

Популяция астероидов неоднородна. Большинство астероидов движутся по орбитам близким к круговым в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. В 1866 г. Кирквуд исследовал зависимость числа астероидов от больших полуосей их орбит и обнаружил, что полученное распределение имеет несколько глубоких минимумов. Позднее выяснилось, что эти минимумы соответствуют соизмеримости средних движений Юпитера и астероида. Они получили название люков Кирквуда.

Хотя астероиды движутся по эллиптическим орбитам, треугольник Солнце-Юпитер-астероид всегда остается близким к равностороннему. Иногда обе группы астероидов называют троянцами. По состоянию на 1 апреля 1999 г. известно 476 астероидов-троянцев (474 у Юпитера и 2 у Марса).

Еще одна группа астероидов -- астероиды, сближающиеся с Землей. Их перигелийные расстояния меньше 1.33 а.е. В настоящее время известно несколько тысяч таких астероидов. Около сотни из них представляют реальную угрозу для Земли: они пересекают ее орбиту и имеют размер более 1 км. Столкновение Земли с подобным астероидом вызовет глобальную катастрофу, подобную той, что привела к вымиранию динозавров. Имеется еще около тысячи астероидов размером от 30 до 50 м, также пересекающих орбиту Земли. Столкновение Земли с таким астероидом способно вызвать локальную катастрофу типа тунгусской. Однако, ни один из известных астероидов не столкнется с Землей в ближайшем будущем, в течение 33 лет, в 21 веке.

После открытия Плутона неоднократно предпринимались попытки поиска десятой большой планеты Солнечной системы. Во время одного из таких обзоров 18 октября 1977 г. Коваль открыл малую планету 2060 Хирон, которая движется между орбитами Юпитера и Урана, пересекая орбиту Сатурна. Вблизи перигелия у этого "астероида" проявляются признаки газоизвержения и комы. Более 14 лет этот объект оставался единственной малой планетой, наблюдаемой глубоко внутри области движения планет-гигантов. 9 января 1992 на автоматическом телескопе Космический дозор (Аризона, США) был открыт еще один астероид этой группы -- 5145 Фолус. К настоящему времени известно 7 астероидов группы Кентавра, движущихся среди планет-гигантов между орбитами Юпитера и Нептуна. Название группы отражает тот факт, что объекты одновременно имеют признаки и астероидов и комет. В табл. 1 приводится список астероидов группы Кентавра по состоянию на 1 августа 1997 г. В таблице даны: имя астероида, его предварительное обозначение, перигелийное и афелийное расстояния в астрономических единицах, наклон орбиты в градусах, эксцентриситет орбиты, большая полуось в астрономических единицах и дата открытия. Полный регулярно обновляемый вариант таблицы доступен по адресу

В 1949 г. К.Эджеворт высказал предположение о существовании остаточного неизрасходованного при формировании Солнечной системы материала за орбитой Нептуна. Однако, эта работа была малоизвестна до последнего времени. В 1951 г. Койпер предположил, что кометы и астероиды формировались в существенно различных областях Солнечной системы и, что за орбитой Плутона должен существовать пояс комет. 30 августа 1992 г. Джевитт и Лю (Гавайский университет, США) открыли первый объект, принадлежащий поясу Койпера. Он получил обозначение 1992 QB1. Сейчас известно 53 объекта, движущихся за орбитой Нептуна. В табл. 2 приводится список объектов пояса Койпера по состоянию на 1 августа 1997 г.

олный регулярно обновляемый вариант таблицы доступен по адресу. Некоторые исследователи относят к объектам пояса Койпера и Плутон. Возможно, что пояс Койпера является внутренней областью облака Оорта -- сферического образования радиусом от тысяч до сотен тысяч астрономических единиц, являющегося резервуаром долгопериодических комет.

Таким образом, по современным представлениям Солнечная система имеет следующую структуру: вокруг Солнца вращаются 9 больших планет, между орбитами Марса и Юпитера находится пояс астероидов, часть астероидов движется среди планет земной группы и в окрестности треугольных точек либрации Юпитера, среди планет-гигантов движутся объекты группы Кентавра и короткопериодические кометы, за орбитой Нептуна располагается пояс Койпера, а вся система окружена облаком Оорта.



эволюция солнечный космический ноосфера

Малые планеты (Астероиды).

Малые планеты (Астероиды) - космические тела размером в сотни километров и меньше, движущиеся вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, расположенным преимущественно между орбитами Марса и Юпитера. Самые маленькие астероиды имеют размер несколько меньше 1 км. Число малых планет быстро растет при переходе от крупных к мелким, которые уже можно считать крупными метеоритными телами.

Первая малая планета - Церера - была открыта случайно 1 января 1801 года итальянским астрономом Пиацци. В настоящее время известно уже несколько тысяч малых планет. Примерно для 2000 из них известны точные орбиты. Общее число малых планет внутри орбиты Юпитера, доступных наблюдениям, оцениваются в 100000. Но их суммарная масса меньше 1/1000 массы земного шара.

Малым планетам с типичными орбитами присваивались женские имена, малые планеты с теми или иными особенностями движения получали мужские имена. В последнее время, однако, это правило не соблюдается. У подавляющего большинства малых планет большие полуоси их орбит заключены между 2,2 и 3,6 а.е. Они образуют так называемое кольцо или пояс малых планет (астероидов).

Орбиты малых планет в среднем более вытянуты и более наклонены по эклиптике, чем орбиты больших планет. Известно несколько десятков малых планет движущихся вдоль орбиты Юпитера и образующих две устойчивые группы - на расстоянии 60^О впереди и позади планеты (так называемые Троянцы и Греки - они все названы именами героев троянской войны). У малой планеты Педальго имеющей вытянутую орбиту с большой полуосью в 5,8 а.е. афемий расположен дальше орбиты Сатурна, но благодаря большому наклону орбиты Педальго не происходит его сближение с Сатурном. Еще большей орбитой обладает малая планета Хеерон . Ее орбита проходит в основном между орбитами Сатурна и Урана, но в перигелии заходит внутрь орбиты Сатурна.

Некоторые малые планеты имеют небольшие вытянутые орбиты, приближающиеся к орбите Земли (малые планеты группы Амура) или даже заходящие внутрь нее ( малые планеты группы Аполлона и Атона). Малая планета Икар заходит даже внутрь орбиты Меркурия. Малые планеты группы Аполлона и некоторые из группы Амура могут сближаться с Землей. Крайне редко они даже сталкиваются с ней, образуя при уларе о сушу гигантские "метеоритные" кратеры, а при попадании в океаны и моря порождают гигантские волны.

Существует гипотеза, согласно которой в том месте, где сейчас движутся астероиды, когда -то находилась планета. Эта планета (у нее даже есть два названия: одно традиционное - Фаэтон, а другое - планета Ольберса) разрушалась либо в результате столкновения с крупным телом, либо под действием каких-то других сил, например под действием приливных сил Юпитера. Обломки этой гипотетической планеты и есть астероиды.

Такое предположение в настоящее время высказывают многие ученые. Долгое время размеры малых планет оценивали приближенно, на основании видимого блеска и предполагаемой отражательной способности. В последние годы размеры и отражательные способности крупнейших малых планет определяют путем измерения инфракрасного излучения и сравнения его с количеством отраженного видимого света, а также на основе эмпирической зависимости поляризационных свойств поверхности и от ее отражательной способности. К настоящему времени получены такие сведения почти о 200 малых планетах поперечником больше 70 км. Самые большие малые планеты имеют следующие размеры: Церера - 1003 км., Паллада - 608 км., Веста - 538 км., Тгия -450 км.

Малые планеты, движущиеся внутри орбиты Юпитера, считаются каменистыми телами, родственными планетам земной группы. Это подтверждаются спектрофотометрическими наблюдениями, которые показывают, что почти все они по отражательным свойствам похожи на метеориты тех или иных типов.

Метеориты - вестники космоса.

Метеориты - каменные или железные тела, падающие на Землю из межпланетного пространства. Падение метеоритов на Землю сопровождается звуковым, световым и механическим явлением. По небу проносится яркий огненный шар называемый болидом, сопровождаемый хвостом и разлетающимися искрами. После того как болид исчезает, через несколько секунд раздаются похожие на взрывы удары, называемые ударными волнами, которые иногда вызывают значительное сотрясение грунта и зданий.

Метеориты могут выпадать в тех случаях, когда скорость вторгшегося в земную атмосферу метеорного тела не превосходит 22 км/с и если это тело обладает достаточно механической прочностью. В месте падения метеоритов образуются углубления, размеры и форма которых зависят от массы метеоритов и скорости из падения.

Самый крупный метеорит был найден в Юго-Западной Африке в 1920 году. Метеорит этот, Гоба (названия даются по населенному пункту, ближайшему к месту падения) железный, масса его 60 т. К крупнейшим метеоритам относится железный Сихотэ - Алинский, упавший в СССР в 1947 году. Он еще в атмосфере раскололся на тысячи частей и выпал на Землю "железным дождем". При ударе о грунт части метеорита раздробили скальные породы, образовав в них кратеры и воронки. Было обнаружено 200 кратеров и воронок диамтром от 20 см до 26 м. Масса Сихотэ -Алинского метеорита оценивается в 70 т., собрано более 23 т.

Метеориты состоят из тех же химических элементов, которые имеются на Земле. Это в основном следующие 8 элементов: Железо, никель, магний, кремний, сера, алюминий, кальций и кислород. Остальные элементы встречаются в метеоритах в очень малых количествах. Соединяясь между собой, эти элементы образуют в метеоритах различные минералы, большинство которых имеется и на Земле. Но встречаются метеориты с неизвестными на земном шаре минералами.

Железные метеориты почти целиком состоят из железа . В соединении с никелем и незначительным количеством кобальта. В каменистых метеоритах находятся силикаты-минералы, представляющие собой соединения кремния с кислородом и примесью других элементов (магния, алюминия, кальция и др.). Железно каменные метеориты состоят почти из равных количеств каменистого вещества и никелистого железа. В наше время в коллекциях мира собраны метеориты, представляющие приблизительно 3500 отдельных падений. Около 1/3 из этого числа метеоритов наблюдались при падении; остальные находки.

Кометы

Кометы - тела Солнечной системы, имеющие вид туманных объектов, обычно со светлым сгустком - ядром в центре и хвостом. Они принадлежат к числу наиболее красивых небесных тел. Кометы могут наблюдаться тогда, когда небольшое ледяное тело, называемое ядром кометы, приближается к солнцу на расстояние, меньше 4-5 а.е., прогреваются его лучами и из него начинают выделятся газы и пыль, которые видны в результате их освещения Солнцем. Газы и пыль ,выделяющиеся из ядра, создают вокруг него туманные оболочки - атмосферу кометы, составляющую вместе с ядром голову кометы. Атмосфера кометы непрерывно рассеивается в межпланетное пространство: под действием светового давления и взаимодействия с солнечным ветром газы и пыль уносятся в направлении от Солнца, образуя хвост комет.

У большинства комет в середине головы наблюдается яркое звездообразное "ядро", представляющее собой свечение центрально, Наиболее плотной зоны газов, вокруг истинного ядра кометы. Голова кометы и ее хвост не имеют резких очертаний. Их видимые размеры зависят от интенсивности выделения газов и пыли из ядра, определяемой размерами ядра и его близостью к Солнцу, а с другой стороны от яркости фона неба. Время от времени та или иная комета сближается с какой -либо массивной планетой, и это приводит к резкому изменению ее орбиты.

Поперечник головы кометы обычно оставляет десятки и сотни тысяч километров, но, например у кометы 1680 года и у яркой кометы 1811 года он миллион километров, а хвост был виден на протяжении 300 млн.км., т.е. его длина была вдвое больше расстояния от Земли до Солнца.

Согласно классификации, предложенной в 70х годах ХIХ века русским астрономом Ф.А. Бородихиным, все кометные хвосты подразделяются на три типа: хвосты 1 типа направленные прямо от солнца; хвосты 2 типа изогнуты и отклоняются назад по отношению к орбитальному движению кометы; хвосты 3 типа почти прямые, но заметно отклоняются назад. Современные исследования позволили установить, что хвосты 1 типа - плазменные, имеют струйчатую структуру и состоят из ионизированных молекул, которые с большим ускорением уносятся прочь от ядра вследствие электромагнитного взаимодействия с солнечным ветром. Хвосты 2 типа образованы пылевыми частицами разной величины, непрерывно выделяющиеся из ядра. Хвосты 3 типа появляются в том случае, когда из ядра одновременно выделяется целое облако пылинок.

Около 1950 года удалось установить, что ядра комет - это сравнительно небольшие ледяные тела, состоящие из замерзших газов, перемешенных с некоторым количеством нелетучих каменистых веществ. Поперечником ядер бывают обычно от нескольких сотен метров до нескольких километров, и поэтому ядра не видны.

Свечение газов в кометах - это пере излучение солнечного света, причем пере излучаются лишь лучи определенных длин волн, характерных для данной молекулы. Как показывает изучение спектров, почти у всех комет излучение головы порождается нейтральными молекулами, состоящими из двух или трех атомов. В 70-х годах было установлено присутствие в кометах атомарного кислорода, водорода и углерода. В 1974 году впервые удалось обнаружить радиоизлучение кометных молекул.

В настоящее время ежегодно открывают 5-7 новых комет и довольно часто один раз в 2-3 года вблизи Земли и Солнца проходит яркая комета с большим хвостом.

В 1996 году 31 января японский любитель астрономии Юи Хиякутаке открыл новую комету, которая получила официальное обозначение - с/1996В2, которая 25 марта прошла на расстоянии 15 млн. Км. От Земли со скоростью 58 км/с. А в начале мая космическая путешественница - комета Хиякутаке - скрылась в лучах Солнца и обогнув его, начала свой обратный путь за пределы Солнечной системы.

Заканчивая общий обзор Солнечной системы, необходимо отметить еще одно очень важное обстоятельство. Наша Солнечная система является системой устойчивой, по крайней мере в течение нескольких сотен миллионов лет. Это означает, что форма, размеры и взаимодействие планет, взаимная ориентировка орбит тел, ее составляющих, не могут значительно измениться с течением времени, претерпевая лишь периодические колебания около своих средних значений. Конечно, главная причина устойчивости Солнечной системы заключается в том, что 99,87% всей массы сосредоточено в солнце.



2. Учение о биосфере

Биосфера представляет собой организованную, определенную оболочку земной коры, сопряженную с жизнью. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. Биосфера -- не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. Основное отличие биосферы состоит в том, что она -- организованная оболочка. Биосфера -- не только геологическая, но и космическая сила. Быть живым -- значит быть организованным, отмечал В.И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной оболочки Земли.

Исходя из этого, основная цель работы - изучить биосферу и ее строение. При этом цель работы раскрывается через ряд поставленных задач:

-охарактеризовать сущность биосферы;

-отразить строение биосферы;

-выявить особенности эволюции биосферы;

-изучить литературу и сделать соответствующие выводы по теме.

При написании работы была использована монографическая и учебная литература по теме.

Понятие биосферы и ее строение

Сущность биосферы

Существует два основных определения понятия "биосфера", одно из которых и дало начало применению данного термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых организмов на Земле. В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, переосмыслил понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Такое толкование определило взгляд В.И. Вернадского на проблему происхождения жизни. Из нескольких вариантов: жизнь возникла до образования Земли и была занесена на нее; жизнь зародилась после образования Земли; жизнь возникла вместе с формированием Земли -- В.И. Вернадский придерживался последнего и считал, что нет убедительных научных данных, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

Под биосферой Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном -- тонким слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью целиком, до дна самых глубоких впадин в 10--11 км. В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км. Занимаясь созданной им биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, В.И. Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество.

Строение Земли, по В.И. Вернадскому, есть согласованный механизм. "Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма". Само живое вещество не случайное создание.

Живые организмы, включающие в себя все известные химические элементы, в процессе жизнедеятельности осуществляют превращение энергии. Основные выводы учения Вернадского о биосфере сводятся к следующему:

1) принцип целостности утверждает, что биосфера, жизнь существуют как единое целое. Жизнь является необходимой и закономерной частью стройного космического механизма;

2) принцип гармонии биосферы заключается в ее организованности, стройности, неразрывной связи в ней живых и неживых компонентов;

3) принцип значительности роли живого в эволюции Земли утверждает, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью;

4) основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением;

5) правило инерции заключается в распространении жизни по земной поверхности из-за проявления ее геохимической энергии. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные;

6) закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел утверждает, что раз вошедший в организм элемент проходит длинный ряд состояний и при этом организм вводит в себя только необходимое количество элементов;

7) пределы жизни определяются физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обуславливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Например, интервал температуры жизни в 433° (от -252°С до +180°С) является предельным тепловым полем;

8) жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

По В. И. Вернадскому, вещество биосферы разнородно по своему физико-химическому составу, а именно: 1) живое вещество -- совокупность живых организмов; 2) биогенное вещество -- непрерывный биогенный поток атомов из живого вещества в косвенное вещество биосферы и обратно; 3) косное вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.); 4) биокосное вещество, например, почвы, илы, поверхностные воды, сама биосфера, т. е. сложные закономерные косно-живые структуры; 5) радиоактивное вещество; 6) рассеянные атомы; 7) вещество космического происхождения.

Строение биосферы

Современная наука считает, что примерно 1 млрд. лет назад произошло разделений живых существ на два царства -- растений и животных. Различия между ними можно разделить на три группы: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению.

У животных клеток есть центриоли, но нет хлорофилла и клеточной стенки, мешающей изменению формы. Большинство растений необходимые для жизни вещества получают в результате поглощения минеральных соединений. Животные питаются готовыми органическими соединениями, которые создают растения в процессе фотосинтеза.

Классификация растений и животных построена в соответствии с их отличительными признаками. Основной структурной единицей был признан вид, а более высокие уровни составили последовательно род, отряд, класс.

Итак, численность видов по отделам (у дробянок, растений и грибов) и типам (у животных) распределяется следующим образом:

-Царство дробянки: Бактерии -- 3000; Сине-зеленые водоросли, или цианобактерии -- 2000.

-Царство растения: Явгленовые водоросли -- 900--1000; Динофитовые водоросли -- 300; Криптовитовые водоросли -- 100; Золотистые водоросли -- 400; Диатомовые водоросли -- 20000; Желто-зеленые водоросли -- 400; Красные водоросли -- 4000; Бурые водоросли -- 1500; Зеленые водоросли -- 5700; Хоровые водоросли -- 200--300; Минастники -- 26 000; Моховидные -- 25 000-35 000; Пауковидные -- 970; Псилотовидные -- 12; Папоротниковидные -- не более 10 000; Хвощевидные -- 30--35; Голосеменные -- 600; Покрытосеменные, или цветковые -- 250 000.

-Царство грибы: Слецевики -- 400--500; Настоящие грибы -- не более 100 000.

-Царство животные: Простейшие -- 25 000--30 000; Губки -- 5000; Кишечнополостные -- 9000; Плоские черви -- 15 000; Круглые черви, или нематоды -- 500 000; Немертины -- 2000; Кольчатые черви -- 9400--9500; Мшанки -- 4500; Плеченогие (иногда объединяемые с мшанками в тип червеобразных)-200; Моллюски -- 107 000; Членистоногие -- 1 500 000; в том числе насекомые -- 1 000 000; Погонофоры -- 100; Щетинкочелюстные -- 50; Иглокожие -- 6000; Хордовые -- 41 000-46 000.

На Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, в том числе позвоночных -- 70 тыс., птиц -- 16 тыс., млекопитающих -- 12 540 видов. Подобная систематизация различных форм жизни создала предпосылки для изучения живого вещества как целого, что впервые осуществил выдающийся русский ученый В. И. Вернадский в своем учении о биосфере.

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х10¹²т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% -- животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов -- 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х10¹², или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле. В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -- беспозвоночные и только 4% -- позвоночные, из которых десятая часть -- млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы. Кроме растений и животных, В. И. Вернадский включает в понятие "живое вещество" и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальные живые существа.

Жизнь на Земле ныне полностью зависит от фотосинтеза. Фиксируя энергию солнечного света в продуктах фотосинтеза, растения выполняют космическую роль энергетического очага на Земле. Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов простейших соединений в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов. При этом растения усваивают из атмосферы до 170 млрд т углекислого газа и разлагают до 130 млрд т воды, выделяя до 115 млрд т свободного кислорода.

Таким образом, все биотические компоненты экосистемы разделены на три основные группы: продуценты, консументы, или потребители, и редуценты, или разрушители. Все живые организмы, так или иначе, используя друг друга, образуют гигантский биологический круговорот биосферы. Этот круговорот не полностью замкнут: кроме энергетического входа он имеет и выход -- часть отмирающего органического вещества после разложения микроорганизмами -- минерализаторами может попадать в водные растворы и откладываться в виде осадочных пород, а другая часть образует отложения таких биогенных пород, как каменный уголь, торф, сапропель и т. п.

В этом большом биогеохимическом круговороте вещества и энергии выделяется целый ряд более частных круговоротов веществ -- воды, углерода, кислорода, азота, серы, фосфора и др., в ходе которых происходит обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой. Существование этих биогеохимических круговоротов определяет облик современных экосистем, устойчивость и саморегуляцию биосферы в целом. Поэтому как бы сложны и многообразны ни были проявления жизни на Земле, все формы жизни связаны между собой через круговорот вещества и энергии.

Эволюция биосферы

Космическая роль биосферы в трансформации энергии

В.И. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии. "Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли".

Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.

Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни -- физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается излучением, присутствие которого убивает жизнь и от которого предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры.

Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел: раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний, и организм вводит в себя только необходимое количество элементов. Формы нахождения химических элементов: горные породы и минералы; магмы; рассеянные элементы; живое вещество.

Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества. Это обобщение справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, и оно следует из того, что живое вещество -- посредник между Солнцем и Землей и, стало быть, либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.

Всякая система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равняется или приближается к нулю, т.е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена.

Автотрофными называют организмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования зеленых автотрофных организмов определяется областью проникновения солнечных лучей. В.И. Вернадский сформулировал идею автотрофности человека, которая приобрела интересный поворот в рамках обсуждения проблемы создания искусственных экосистем в космических кораблях. Простейшей такой экосистемой будет система "человек -- 1 или 2 автотрофных вида". Но данная система неустойчива, и для надежного обеспечения жизненных потребностей человека необходима многовидовая система жизнеобеспечения.

В создании искусственной среды человек начинает ставить задачи, противоположные тем, которыё он решал ранее. Создание таких искусственных систем явится важным этапом развития экологии. В их построении соединяется инженерная нацеленность на создание нового и экологическая направленность на сохранение имеющегося, творческий подход и разумный консерватизм. Это и будет осуществлением принципа "проектирования вместе с природой".

Пока искусственная биосфера представляет собой очень сложную и громоздкую систему. То, что в природе функционирует само собой, человек может воспроизвести только ценой больших усилий. Но ему придется это делать, если он хочет осваивать космос и совершать длительные полеты. Необходимость создания искусственной биосферы в космических кораблях поможет лучше понять биосферу естественную.

Эволюция биосферы

Эволюцию биосферы изучает раздел экологии, который называется эволюционной экологией. Следует отличать эволюционную экологию от экодинамики. Последняя имеет дело с короткими интервалами развития биосферы и экосистем, в то время как первая рассматривает развитие биосферы на более длительном отрезке времени. Так, изучение биогеохимических круговоротов и сукцессии -- задача экодинамики, а принципиальные изменения в механизмах круговорота веществ и в ходе сукцессии -- задача эволюционной экологии.

Одно из важнейших направлений в изучении эволюции -- изучение развития форм жизни. Здесь можно отметить несколько этапов.

1. Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК. Возраст таких самых древних организмов более 3 млрд. лет. Их свойства: подвижность; питание и способность запасать пищу и энергию; защита от нежелательных воздействий; размножение; раздражимость; приспособление к изменяющимся внешним условиям; способность к росту.

2. На следующем этапе (приблизительно 2 млрд. лет тому назад) в клетке появляется ядро. Одноклеточные организмы с ядром называются простейшими. Их 25- 30 тыс. видов. Самые простые их них - амебы. Инфузории имеют еще и реснички. Ядро простейших окружено двухмембранной оболочкой с порами и содержит хромосомы и нуклеоли. Ископаемые простейшие -- радиолярии и фораминиферы - основные части осадочных горных пород. Многие простейшие обладают сложным двигательным аппаратом.

3. Примерно 1 млрд. лет тому назад появились многоклеточные организмы. В результате растительной деятельности -- фотосинтеза -- из углекислоты и воды при использовании солнечной энергии, улавливаемой хлорофиллом, Создавалось органическое вещество. Возникновение и распространение растительности привело к коренному изменению состава атмосферы, первоначально имевшей очень мало свободного кислорода. Растения, ассимилирующие углерод из углекислого газа, создали атмосферу, содержащую свободный кислород -- не только активный химический агент, но и источник озона, преградившего путь коротким ультрафиолетовым лучам к поверхности Земли.

Л. Пастером выделены следующие две важные точки в эволюции биосферы: 1. момент, когда уровень содержания кислорода в атмосфере Земли достиг примерно 1% от современного - С этого времени стала возможной аэробная жизнь. Геохронологически это архей. Предполагается, что накопление кислорода шло скачкообразно и заняло не более 20 тыс. лет; 2. достижение содержания кислорода в атмосфере около 10% от современного. Это привело к возникновению предпосылок формирования озоносферы. В результате жизнь стала возможной на мелководье, а затем и на суше.

Палеонтология, которая занимается изучением ископаемых остатков, подтверждает факт возрастания сложности организмов. В самых древних породах встречаются организмы немногих типов, имеющих простое строение. Постепенно разнообразие и сложность растут. Многие виды, появляющиеся на каком-либо стратиграфическом уровне, затем исчезают. Это истолковывают как возникновение и вымирание видов.

Веками накапливавшиеся остатки растений образовали в земной коре грандиозные энергетические запасы органических соединений (уголь, торф), а развитие жизни в Мировом океане привело к созданию осадочных горных пород, состоящих из скелетов и других остатков морских организмов.

Таким образом, изучив соответствующую литературу по теме, можно прийти к следующему выводу. Под биосферой Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера находится на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы, располагаясь в диапазоне от 10 км вглубь Земли до 33 км над Землей.

В.И. Вернадский сформулировал три биогеохимических принципа.

1. Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Этот принцип в наши дни нарушен человеком.

2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Этот принцип при антропогенном измельчании средних размеров особей Земли начинает действовать аномально интенсивно.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца. Вследствие нарушения двух первых принципов космические воздействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.

Различают три этапа эволюции биосферы. Первый этап -- возникновение биотического круговорота, означавшего формирование биосферы. Второй этап -- усложнение жизни на планете, обусловленное появлением многоклеточных организмов. Третий этап -- формирование человеческого общества, оказывающего своей хозяйственно-экономической деятельностью все большее влияние на эволюцию биосферы. Попытки выделить основные этапы эволюции биосферы заслуживают внимания уже тем, что ставят эту проблему в качестве одной из важных задач современной эволюционной теории.

3. Учение о ноосфере

Согласно учениям Дарвина и его последователей, с доисторических времен и по сей день длится процесс эволюции живого вещества - совокупности всех живых существ. Рассматривая развитие живого мира нашей планеты мы зачастую сознательно или бессознательно делим этот огромный исторический период на два неравных по длительности, но коренным образом отличающихся друг от друга этапа: древний доисторический мир и период существования homo sapiens - человека разумного, единственного живого вида на нашей планете, обладающего разумом.

Сравнивая эти периоды между собой можно заметить, что биосфера оболочка жизни на нашей планете, с момента появления человека изменяется не только по природным законам эволюции, но и благодаря влиянию на нее деятельности человека. Вносимые человеком корректиры в развитие биосферы со временем становятся давно ощутимыми и являются уже определяющими факторами в процессе изменения и преобразования живого вещества и облика нашей планенты.

Принято считать, что с этого момента эволюция биосферы порождает новую сферу - ноосферу, в которой главную роль и движущую силу эволюции выполняет человеческий разум. Изучение вопроса возникновения и развития ноосферы является настоятельной необходимостью, поскольку последствия стремительного, неуправляемого, а главное не изученного процесса могут быть очень трагическими как для отдельных представителей биосферы и человечества в том числе, так и для жизни на Земле в целом. В ходе изучения вопроса по данной теме я убелся в актуальности исследования тенденций развития ноосферы в целях предупреждения возникновения катастроф и попытаюсь убедить в этом и читателя.

В данной работе доказано увеличение силы воздействия на окружающую среду в зависимости от степени развитости живого организма. Показана решающая роль человека - наиболее развитого существа обладающего разумом, который позволил человеку не только выжить в агресивных условиях, но и резко выделить себя из группы животных. Благодаря наличию разума человек может учиться, получать и передавать опыт, что приведет к увеличению его знаний о мире, умений и навыков, что в свою очередь влияет на увеличение силы воздействия человека на окружающую среду посредством совершенствования трудовой деятельности и орудий труда.

Изучением проблемы возникновения и развития ноосферы занимался кроме всех прочих вопросов до середины нашего столетия русский ученый Владимир Иванович Вернадский. Занимаясь вопросами биогеохимии он неотвратимо пришел к необходимости определения понятия "ноосфера" и изучения данного явления. По его словам развитие биосферы закономерно привело к возникновению ноосферы. Иначе говоря, ноосфера есть высшая стадия развития биосферы.

Кроме этого ученым было рассмотрено вероятное направление ноосферы. Ученый прозорливо предугадал развитие научно-технического прогресса в области ядерной физики и космонавтики. Он описал вероятный путь развития человечества, предсказывая небывалый рост силы разума человечества и становление его главной геологической силы. В связи с этим ученый еще в 20-х годах дал полезный, на мой взгляд, совет всем ученым будущего.

Новые открытия, по его словам, должны использоваться с чрезвычайной осторожностью. Неизученные до конца процессы и явления не следует внедрять в производственную деятельность человека по причине потенциальной опасности для биосферы и человечества.

Изучение тенденции изменения ноосферы в наши дни, на мой взгляд, будет являться не только продолжением дела великого ученого, но и разумной необходимостью для дальнейшего развития человечества.

Термин "ноосфера был введен в науку в конце 20-х годов нашего века. С какими событиями было связано появление понятия? Иными словами: почему появление этого термина не произошло ранее, например в ХIX веке? На мой взгляд введение термина "ноосфера" практически приурочено к возникновению нового явления на нашей планете, а точнее новой сферы разума.

Чтобы понять и дать определение данному термину, нужно сначала рассмотреть сферу жизни нашей планеты или, иначе говоря, биосферу и ее изменение с времен зарождения жизни и до наших дней.

Развитие жизни на нашей планете эволюционно. Согласно закону естественного отбора выживает сильнейший, более приспособленный к условиям Среды обитания. Однако, так как закону естественного отбора подвержены абсолютно все организмы, то эволюционирует и усложняется сама Среда обитания - различные биоценозы и биосфера в целом. Развитие биосферы происходит по пути усложнения форм жизни, каждая из которых борется за свое существование со своими природными врагами.

Данный процесс борьбы, как нам известно, привел к возникновению покрытосемянных и млекопитающих, высших представителей растительного и животного мира. При этом процесс естественного отбора не останавливается ни на минуту, а наоборот набирает все более быстрый темп.

По мнению Дарвина, эволюционное развитие живого мира этом не останавливается. Появление человека - вот венец развития животного мира. В условиях естественного отбора появляются предки человека. Но что мог противопоставить человек грозному животному миру - различным хищникам? Неужели у человека имелись острые клыки и когти, позволявшие ему не только выжить в условиях естественного отбора, но и увеличить численность и занять главенствующее положение на планете.

Нет. Человеку был дан разум - одно из удивительнейших явлений всех времен. Чтобы выжить, человеку пришлось использовать подручные средства, заменяющие ему и когти, и клыки, и быстрые ноги, и теплый мех и много другое. На мой взгляд, закон естественного отбора применим и к человеку, хотя многие последователи высоких нравственных идей его отвергают. Человек мог бы и поныне бегать с палкой-копалкой в поисках съестных корней и с каменным топором за дикими животными. Однако разум дал человеку способность учиться, изобретать и усовершенствовать орудия труда, предметы обихода. В условиях соприкосновения ареалов обитания племен, между людьми, вероятно, возникали стычки. Причинами споров могли быть пища, территория. Как правило, победу могло одержать то племя, у которого были лучше орудия труда, в данном случае - оружие.

В дальнейшем, с момента возникновения простейших цивилизаций и до наших дней, люди неотступно были вынуждены совершенствовать свои знания о мире и орудия труда.

Здесь, на мой взгляд, необходимо остановиться и оценить силу воздействия человека на окружающий мир. Сделаем грубое, но яркое сравнение земледельца наших дней и первого исторического землепашца. Сравним используемые орудия труда: мощный трактор, работающий на жидком топливе и заменяющий 70 и более лошадей, с одной стороны, и лошадь, бык, вол или другое животное. Сравним производительности: если на живой тягловой силе человек с трудом кормит себя и свою семью, то используя современные средства механизации несколько процентов населения кормят всю страну и еще поставляют на экспорт (в качестве примера рассматриваем развитые страны).

Из рассмотренного примера видно, что с течением времени сила воздействия человека на окружающий мир неукоснительно возрастает. Под влиянием этой силы окружающий мир преображается и изменяется. В принципе любой организм сосуществуя в этом мире вместе с другими влияет на окружающий мир и изменяет его. Так, например, сине-зеленые водоросли несколько миллионов лет назад образовали первичную атмосферу планеты, а множество поколений растений произрастающих на одном участке земли преобразовали первичную материнскую породу земли в чернозем. Конечно, здесь также уместно влияние воды, ветра, температуры, но не будем вдаваться в подробности и уклоняться от главной темы.