Учение В.И. Вернадского о биосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТОРГОВО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (РГТЭУ)

ИВАНОВСКИЙ ФИЛИАЛ

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине “ Экология”

Тема: “Учение В.И. Вернадского о биосфере”

ИВАНОВО 2008

ПЛАН

Введение

Понятие о биосфере

Учение В.И. Вернадского о биосфере

Структура и функции биосферы

Эволюция биосферы

Эмпирические обобщения В.И. Вернадского

Заключение

Список литературы

Введение

Имя Владимира Ивановича Вернадского широко известно в нашей стране и за рубежом. В Москве имеется проспект Вернадского.1 «Его имя носит один из крупнейших в Академии наук институт геохимии и аналитической химии. При президиуме Академии наук существует комиссия по разработке научного наследия академика В.И. Вернадского, которая издает свой «Бюллетень». Отделения этой комиссии работают в Санкт-Петербурге и Киеве. В Московском, Санкт-Петербургском, Киевском и Симферопольском университетах учреждены стипендии имени В.И. Вернадского. Общественные научные центры по изучению творчества этого выдающегося мыслителя и применению его учения к решению задач сегодняшнего дня существую в разных городах России и СНГ - Ростове-на-Дону, Иванове, Одессе, Ереване, Симферополе, а за рубежом - в Праге, Ольденбурге и Берлине» . Когда его избирали почетным членом научных учреждений, то это было почетно и для самого Вернадского, однако не в меньшей мере и для тех учреждений, которые его избирали. Со времени расцвета его научного творчества прошло уже более полувека, срок очень большой, однако в течение его не было ни одного ученого, который мог бы сравняться с ним. Стать новым Вернадским очень трудно, но тем не менее нашим молодым ученым падать духом не следует. Дорога для них открыта широко. Если поставить вопрос, будет ли кто-нибудь из них вторым Вернадским, то положительный ответ дать трудно. Конечно, в природе все бывает, и надежды терять не надо. Самое важное это то, что каждый из нас может повысить качество своей работы, может добиться новых, необходимых результатов, следуя примеру Вернадского, изучая методику его работы, применяя особенности этой работы”.

Так говорил выдающийся геолог нашего времени, лауреат Ленинской премии академик Дмитрий Васильевич Наливкин на 100-летнем юбилее Вернадского в 1963 году.

Понятие о биосфере

Существуют два основных понятия «биосфера», одно из которых известно со времени появления данного термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых организмов на земле. В.И. Вернадский, изучивший взаимодействие живых и неживых систем, переосмыслил понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения жизни. Из нескольких вариантов.

1) жизнь возникла до образования Земли или была занесена на нее;

2) жизнь зародилась после образования Земли;

3) 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 постоянно, менялась только ее форма. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

Понятие биосфера вошло в науку до некоторой степени случайно. Около ста лет назад, в 1875 году, австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин в последней главе своей небольшой книги о происхождении Альп. Однако эта концепция не сыграла заметной роли в развитии научной мысли до тех пор, пока в 1926 году не были опубликованы две лекции русского минералога Владимира Ивановича Вернадского. Концепция биосферы, которую мы принимаем сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса. Сам Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы подошел французский натуралист Жан Батист Ламарк, в чьих работах можно обнаружить немало геохимических идей, пусть и архаично изложенных.

Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Однако такое определение порождает ряд вопросов и требует уточнений. Пропуская через фильтр воздух, взятый на больших высотах, можно найти в нем споры бактерий и грибов. Но этот «аэропланктон», очевидно, не имеет активного метаболизма. Даже на поверхности Земли немало мест, слишком холодных, слишком жарких или слишком сухих, для того чтобы там могли существовать организмы с активным метаболизмом. Но и в таких местах всегда можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой, имеет неправильную форму, т. к. она окружена некоей «парабиосферной» областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии. В настоящее время живой организм может, конечно, существовать далеко за пределами естественной биосферы, находясь в космическом корабле или скафандре. Такие искусственные места обитания можно рассматривать как участки биосферы, вырванные из нее и временно заброшенные в космос.

Что же характерно для биосферы как особой оболочки земного шара?

Для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. Она обладает также следующими тремя особенностями:

во-первых, в ней в значительном количестве содержится жидкая вода;

во-вторых, на нее падает мощный поток солнечной энергии;

в-третьих, в биосфере проходят поверхности раздела между веществами,

находящимися в трех фазах - твердой, жидкой и газообразной. Все это служит предпосылкой для активного обмена веществом и энергией, в котором большую роль играют организмы. Биосфера - главная арена жизни и хозяйственной деятельности человека.

Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии от Солнца. Наконец, в-третьих, в биосфере имеются поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Учение В.И Вернадского о биосфере

Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя изучению протекающих в биосфере процессов, был академик В.И. Вернадский. Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.

До появления работ В. И. Вернадского роль живых организмов на Земле представлялась ученым очень скромной. Действительно, казалось бы, какое может быть сравнение последствий их жизнедеятельности с мощью внутренних сил планеты, вздымающих высочайшие горы, разверзающих океанские пучины, перемещающих целые континенты.

В. И. Вернадский доказал, что, как бы слаб ни был каждый организм в отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (в сотни миллионов лет) отрезков времени. Таким образом, приоритет в разработке теоретических основ учения о биосфере принадлежит отечественным ученым.

По определениям ученых, возраст Земли равен приблизительно 5 млрд. лет. Наиболее древние следы живых организмов найдены в Южной Африке (Восточный Трансвааль), в толще горных пород, возраст которых равен 3,2 млрд. лет. Эти организмы напоминали современных нитчатых бактерий. Ученые даже дали им название - эобактериум изолятум. Таким образом, можно считать, что биосфера Земли возникла около трех миллиардов лет назад.

Наземные организмы появились около 400 млн. лет назад. Это были первые примитивные растения. С появлением на суше живых организмов и возникновением растений начинается важнейший этап в истории развития биосферы. С этого периода началось их быстрое распространение по планете, и в настоящее время Землю населяет огромное количество разнообразнейших растительных и животных организмов.

В 19 веке в России постепенно складывалось представление о единстве человека и природы, о тех проблемах, с которыми неизбежно столкнется человечество при необузданном стремлении всецело подчинить себе природу.

Вообще идея цельного знания, основанного на органической полноте жизни, принадлежит русской философии. Она легла в основу направления общественной жизни, получившего название «русский космизм». Именно тогда в научной среде засверкали имена психолога и физиолога И. М. Сеченова, химика Д. И. Менделеева, почвоведа В. В. Докучаева, основоположника космонавтики К. Э. Циолковского. К плеяде этих выдающихся ученых принадлежит и В. И. Вернадский.

В 1926 году Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу под названием «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты. «Биосфера - организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.

В.И. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс - миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.1«Она исходит из солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Это живые организмы, которые своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, своей смертью и своим разложением, постоянным использованием своего вещества, а главное, длящейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколений, своим рождением, размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме биосферы»

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли - область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:

* изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;

* в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И.) Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";

* только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч. Дарвина (1859 г.);

* живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции. В. И. Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно. “Имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.”. Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы, в какой когда-нибудь была раньше.

Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера по вертикали разделяется на две четко обособленные области: верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу (в которой происходит фотосинтез), и нижнюю, «темную», - меланобиосферу (в которой фотосинтез невозможен). На суше граница между ними проходит по поверхности Земли. вернадский биосфера

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». На развитие жизни, а, следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе.

Ограничивают область распространения жизни и слишком высокие или низкие температуры. Элементы минерального питания также влияют на развитие жизни. К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую биосферы, которые отличаются геологическими, географическими, биологическими, физическими и другими условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или изотермой в 100C⁰ в литосфере (по данн. Вернадского и других исследователей, внесших большой вклад в изучение биосферы планеты, предлагается различать три основные ее формы:

· формы биологической систематики, включающие популяции, виды, роды, семейства и др., принятые в ботанике и зоологии;

· биогеографические формы - территории, характеризующие географическое распространение и распределение растений и животных, специфику флоры и фауны. Это биогеографические зоны, области и т.д. Отдельно выделяются ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие представление о составе и характере флоры и фауны;

· экологические формы, известные под названием экосистем (биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. Напомним, что биотоп - это участок с однородными экологическими условиями, занятый определенными биоценозами, экотоп - это место обитания сообщества. В отличие от биотопа, понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды. Это совокупность абиотических условий неоргым сверхглубокого бурения на Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км. Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может быть более широким.

На основе работ В. океанической среды данного участка, представляющего собой местообитание конкретного сообщества. Экологические формы определяют специфику изучения биосферы в экологических аспектах.

Вещественный состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

А) живое вещество;

Б) биогенное вещество - рождаемое и перерабатываемое живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и т. д.);

В) косное вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое и газообразное);

Г) биокосное вещество - косное вещество, преобразованное живыми организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);

Д) вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);

Ж) рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

З) вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др.

В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):

1. слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

2. педосфера, или почвенный покров;

3. ландшафтно-экологические системы - функциональные системы,включающие живые организмы и среду их обитания;

4. кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования горных пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной коры под воздействием различных факторов;

5. древняя биосфера (палеобиосфера) - комплекс горных пород, рельефа и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко используемые в промышленности;

6. многочисленные минералы верхней части земной коры и биосферы: глины, известняки, бокситы и т. д.;

7. природные воды осадочной оболочки;

8. миллионы органических и органоминеральных соединений: уголь, графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;

9. минеральные ресурсы биосферы и земной коры, распространенные в форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута, платины и т. д. Все они - главный источник сырья для металлургии, химической промышленности и многих других отраслей. Их добыча и использование в экономике растут год от года.

Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом сложнейшего механизма геологического и биологического развития косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой - результат жизнедеятельности. Главная специфика современной биосферы - это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ.

Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения. Для объяснения большой суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты, которые действительно показали огромное значение фотосинтезирующих растений в создании общей органической массы. Ученый подсчитал, что поверхность Земли составляет меньше одной десятитысячной поверхности Солнца. Общая же площадь трансформационного аппарата зеленых растений в зависимости от времени года составляет уже от 0,86 до 4,2% площади поверхности Солнца. Разница колоссальная. Этот зеленый энергетический потенциал и лежит в основе сохранения и поддержания всего живого на нашей планете.

Результаты своих исследований В.И. Вернадский изложил в своих многочисленных статьях, в книге «Биосфера», которая впервые была опубликована в 1926 г.; а потом несколько раз переиздавалась, и в фундаментальном труде «Химический состав биосферы Земли и ее окружения», который был впервые опубликован уже после кончины ее автора, в 1965 г. В связи с возросшим вниманием к задачам охраны природы в российской и зарубежной печати появились многочисленные статьи брошюры и книги, посвященные учению В.И. Вернадского о биосфере, его подробному изложению, его комментированию и, к сожалению, только отчасти, развитию. Очень важно подчеркнуть, что сначала В. И. Вернадский рассматривал человеческую деятельность как процесс, наложенный на биосферу, чуждый ей по своему существу. Можно предполагать, что к такой мысли его подталкивал техногенный характер этой человеческой деятельности, во многом нарушавший естественный ход природных процессов, им противоречащий.

Последнее десятилетие своей жизни В.И. Вернадский стал приходить к неизбежному выводу об эволюции биосферы Земли, о количественном и качественном изменении ее главной составной части - живого вещества, об этапах развития биосферы. Такой ход мыслей привел его к выводу, что появление человека и влияние его деятельности на окружающую природную среду представляют собой не случайность, не «наложенный» - на естественный ход событий процесс, но определенный закономерный этап эволюции биосферы. Этот этап должен привести к тому, что под влиянием научной мысли и коллективного труда объединенного человечества, направленных на удовлетворение всех его материальных и духовных потребностей биосфера Земли должна перейти в новое состояние.

Каждый живой организм в биосфере - природный объект - есть живое природное тело. Живое вещество биосферы есть совокупность живых организмов, в ней живущих.

«Живое вещество», так определенное, представляет понятие, вполне точное и всецелое охватывающее объекты изучения биологии и биогеохимии. Оно простое, ясное и никаких недоразумений вызвать не может. Мы изучаем в науке только живой организм и его совокупность. Научно они идентичны понятию жизни.

Человек как всякое живое природное (или естественное) тело неразрывно связан с определенной геологической оболочкой нашей планеты - биосферы, резко отличной от других ее оболочек, строение которой определяется ее своеобразной организованностью и которая занимает в ней как обособленное часть целого закономерно выражаемое место.

Живое вещество, также как и биосфера, обладает своей особой организованностью и может быть рассматриваема как закономерно выражаемая функция биосферы.

В.И. Вернадский так же, как и Ламарк 140 лет назад попытался дать главные исчерпывающие признаки каждого царства живого. И чем больше он вникал в проблему, тем более ясно становилось, что вырисовывается новый разрез мира. В.И. Вернадский составил таблицу из 16-ти пунктов, где рассмотрел несходство живого и неживого в физическом, химическом и термодинамическом смысле.

Анализ таблицы показывал, что в природе нет никаких переходов от неживого к живому: они настолько противоречивы, что живое ни при каких условиях не может происходить от неживого. Организм и косную материю разделяет непроходимая стена. Принцип итальянского естествоиспытателя и врача Франческо Реди, гласящий, что живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом проходит резкая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие, - получил свое подтверждение . 1”Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.”

Структура и функции биосферы

Атмосфера.

Это воздушная оболочка, состоящая в основном из азота и кислорода; нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы связано с геохимическими процессами, а также достигает мощности до 20000 км. В меньших концентрациях она содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ, расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны, у которой нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы связано с геохимическими процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря (в значительной мере) вулканической активности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера.

Вода является важной составной частью всех компонентов биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) заключена в Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности Земного шара. Общая масса океанических вод составляет свыше 1300 млн. км³. Около 24 млн. км³ воды содержится в ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной покров Антарктиды. Столько же воды содержится под землей. Поверхностные воды озер составляют приблизительно 0,18 млн. км³ (из них половина соленые), а рек - 0,002 млн. км³.

Количество воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км³. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах изменяется в широких пределах в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.

Литосфера.

Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами - продуктами жизнедеятельности организмов.

Биотический круговорот.

Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов. Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами - гетеротрофами - разрушается, с тем, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.

Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется и воздушными течениями переносится на многие километры. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород, делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря. Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется около 1 млрд. т воды. Энергия, затрачиваемая на испарение воды, возвращается в атмосферу. Циркуляция воды между Мировым океаном и сушей представляет собой важнейшее звено в поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой природой.

В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты углерода и азота в биосфере. Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся при фотосинтезе углеводов используют сами растения для получения энергии, часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане.

Круговорот азота также охватывает все области биосферы. Хотя его запасы в атмосфере практически неисчерпаемы, высшие растения могут использовать азот только после соединения его с водородом или кислородом. Исключительно важную роль в этом процессе играют азотфиксирующие бактерии. При распаде белков этих микроорганизмов азот снова возвращается в атмосферу.

Показателем масштаба биотического круговорота служат темпы оборота углекислого газа, кислорода и воды. Весь кислород атмосферы проходит через организмы примерно за 2 тыс. лет, углекислый газ - за 300 лет, а вода полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте за 2 млн. лет.

Эволюция биосферы

Эволюцию биосферы изучает раздел экологии, который называется эволюционной экологией. Следует отличать эволюционную экологию от эко динамики (динамической экологии). 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 эко динамики, а принципиальные изменения в механизмах круговорота веществ и в ходе сукцессии--задача эволюционной экологии.

Одним из важнейших направлений в изучении эволюции является изучение форм жизни. Здесь можно отметить несколько этапов.

1. Клетки без ядра, но имеющие нити ДНК, напоминают нынешние бактерии и сине-зеленые водоросли. Возраст таких самых древних организмов около 3 млрд. лет. Их свойства: 1) подвижность; 2) питание и способность запасать пищу и энергию; 3) защита от нежелательных воздействий; 4) размножение; 5) раздражимость; 6) приспособление к изменяющимся внешним условиям; 7) 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 форами-ниферы -- 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, который 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 озокосферы. 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.

В соответствии с данными палеонтологии можно считать, что в протерозойскую геологическую эру (700 млн лет назад) появлялись бактерии, водоросли, примитивные беспозвоночные; в палеозойскую (365 млн лет назад) -- наземные растения, амфибии; в мезозойскую (185 млн лет назад)--млекопитающие, птицы, хвойные растения; в кайнозойскую (70 млн лет назад) -- современные группы. Конечно, следует иметь в виду, что палеонтологическая летопись неполна.

Эмпирические обобщения В.И. Вернадского

1. Первым выводом из учения о биосфере является принцип целостности биосферы. «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы» Строение Земли, по Вернадскому, есть согласованный механизм. «Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерно стройного космического механизма».

Узкие пределы существования жизни--физические постоянные, уровни радиации и т. п.-- подтверждают это. Как будто кто-то создал такую среду, чтобы жизнь стала возможна. Какие условия и константы имеются в виду? Гравитационная постоянная или константа всемирного тяготения, определяет размеры звёзд, температуру и давление в них, влияющие на ход реакции. Если она будет чуть меньше, звезды станут недостаточно горячими для протекания термоядерного синтеза; если чуть больше, звёзды превзойдут « критическую массу» и обратятся в черные дыры, Константа сильного взаимодействия определяет ядерный заряд в звёздах. Если её изменить, цепочки ядерных реакций не дойдут до азота я электромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию электронных оболочек и прочность химических делает Вселенную мертвой. Это находится в соответствии с антропным принципом, по которому при создании следует учитывать реальность существования человека.

Экология также показала, что живой мир -- единая система множеством цепочек питания и взаимозависимостей. Если даже небольшая часть ее погибнет, разрушится и все остальное.

2. Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере «все учитывается и все приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии».

3. Роль живого в эволюции Земли. «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Все минералы верхних частей земной коры--свободные алюмокремневые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты окиси Ге и А1 (бурые железняки и бокситы) и многие сотни других -- непрерывно создаются в ней только под влиянием жизни»). Лик Земли фактически сформирован жизнью.

4. Космическая роль биосферы в трансформации энергии. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.1. «Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли».

5. 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 дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

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

7. Понятие автотрофности. Аатотрофными нааывают организмы, которые берут всё нужные им жизни химические элементы из окружающей их костной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования этих зеленых автотрофных организмов определяется областью проникновения солнечных лучей.

8. 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 лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал В 433° С (от минус 252° С до плюс 180° С) является предельным тепловым полем.

9. Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма. Само живое вещество не является случайным созданием.

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

11. Формы нахождения химических элементов: а) горные породы и

минералы; б) магмы; в) рассеянные элементы; г) живое вещество. 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.

12. Постоянство количества живого вещества в биосфере. Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества (1,5 х 10" г и 10^го ^-- 10"г). Это обобщение справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, и оно следует из того, что живое вещество является посредником между Солнцем к Землей и стало быть либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучение биосферы становится все более важной и актуальной задачей. Это вызвано непрерывно возрастающим и усложняющимся воздействием человека на окружающую среду. Уже сейчас мы должны уметь ясно предвидеть все возможные последствия нашего влияния на природу. Возможность и правильность такого прогноза зависят от глубины наших познаний о строении и функционировании биосферы в целом и ее различных участков и компонентов. Особенно важно иметь представление о роли живых организмов - основной движущей силы в биосфере.

Вся «биосфера» Вернадского пронизана идеей взаимодействия не только земных, но и космических тел и явлений. И главную роль среди них играют живые организмы « живое вещество» планеты. «Своеобразным, единственным своем роде, отличным и неповторяемым в других небесных телах представляется нам лик Земли- ее изображение в космосе, вырисовывающееся извне, со стороны, из дали бесконечных небесных пространств.

Вернадский раскрывает ведущую роль живых организмов в трансформации солнечной энергии и преобразовании веществ, слагающих наружные оболочки Земли: «По существу, биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами переводящими космические излучения в действенную земную энергию, - пишет Вернадский, - лучи солнца обуславливают главные черты механизма биосферы Солнцем в корне переработан и изменен лик Земли, пронизана и охвачена вся биосфера».

Судьба биосферы - проблема, касающаяся не только всех без исключения ученых, независимо от их специальности, но практически каждого из нас.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Второв П. П., Дроздов Н. Н. «Рассказы о биосфере», М., 1989

2. Камшилов М. М. «Эволюция биосферы», М.: Наука, 1988

3. Г.И. Рузавин. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов-М.: ЮНИТИ, 2001-287с.

4. Шкловский И.С. «Вселенная, жизнь, разум», М.: Наука, 1987

5. Баландин Р.К. «Вернадский: жизнь, мысль, бессмертие», М., 1988г.

6. «Научная мысль как планетное явление» В.И. Вернадский-М. Наука, 1991,-271с.

7. Горелов А.А Экология: Учеб. Пособие для вузов М.; Юрайт-М,

8. Петров. К.М. Общая экология: Взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов-2е изд., стер.- СПб:

9. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера.- М.: Наука, 1989.-с. 185.

Размещено на Allbest.ru