Содержание
Вступление
2 I. Понятие биосферы
Сущность и структура биосферы 4
II. Учение В. И. Вернадского о биосфере 1. Характеристика главных типов веществ биосферы 6 2. Процесс развития биосферы 10 Заключение 12 Переход к ноосфере
Список использованной литературы 14
Вступление
Биосфера – это среда нашейжизни, это та природа, которая нас окружает, о котором мы говорим в разговорномязыке. Человек – прежде всего – своим дыханием, проявлением своих функций,неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенномдомике.
В. И. Вернадский.
Биосфера(греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли,населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты.Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природнойсреды, окружающей человека.
Впервые термин «биосфера» был введенв науку геологом из Австрии Эдуардом Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферойтонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы дляразвития жизни на нашей планете оказалась настолько велика, что уже в первойтрети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании- учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученыйВ. И. Вернадский.
Однако задолго до этого под другими названиями, вчастности «пространство жизни», «картина природы»,«живая оболочка Земли» и т.п., содержание термина биосферарассматривалось многими другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминамиподразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашейпланете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими икосмическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимостьживой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самоготермина «биосфера» Э. Зюсс в своей книге «Лик Земли»,опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), незамечал обратного воздействия биосферы и определял ее как «совокупностьорганизмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхностиЗемли».
Земля и окружающая ее средасформировалась в результате закономерного развития всей Солнечной системы.Около 4,7 млрд лет назад из рассеяного в протосолнечной системе газопылеватоговещества образовалась планета Земля. Как и другие планеты, Земля получаетэнергию от Солнца, достигающую земной поверхности в виде электромагнитногоизлучения. Солнечное тепло — одно из главных слагаемых климата Земли, основадля развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток исходитиз глубины Земли.
Поновейшим данным, масса Земли составляет 6*1021 т, объем — 1,083*1012км3, площадь поверхности — 510,2 млн км2. Размеры, а следовательно,и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.
Нашапланета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек(геосфер) — внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а квнешним — литосфера, гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли — биосфера.
/>I. Понятие биосферы
/>Сущность и структурабиосферы
Первым из биологов, который ясно указал на огромнуюроль живых организмов в образовании земной коры, был Ж. Б. Ламарк (1744 –1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земногошара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живыхорганизмов.
Факты и положения о биосфере накапливались постепеннов связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и другихпреимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Теэлементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом,оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношенияорганизмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природнойсистемой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергиии веществ при участии живых организмов.
Очень важным для понимания биосферы было установление немецкимфизиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:
* автотрофное – построение организмаза счет использования веществ неорганической природы;
* гетеротрофное – строение организмаза счет использования низкомолекулярных органических соединений;
* миксотрофное – смешанный типпостроения организма (автотрофно-гетеротрофный).
Биосфера (в современном понимании) – своеобразнаяоболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту частьвещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Биосфера,являясь глобальной экосистемой, как и любая экосистема, состоит из абиотическойи биотической части.
Абиотическаячасть представлена:
1. почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живыеорганизмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средойпорового пространства.
2. Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни.
3. Водной средой океанов, рек, озер и т.п.
Биотическаячасть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшуюфункцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный токатомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию,питанию и размножению, обеспечивая обмен между всеми частями биосферы.
В основебиогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:
- стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;
- обеспечивать выживание организмов,что увеличивает саму биогенную миграцию.
· Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит скосмическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества иэнергии с космосом.
Атмосфера имеет несколько слоев:
* тропосфера – нижний слой,примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80%газового состава атмосферы и весь водяной пар;
* стратосфера;
* ноносфера – там “живое вещество”отсутствует.
Преобладающие элементы химического состава атмосферы:N2 (78%), O2 (21%), CO2(0,03%).
· Гидросфера – водная оболочка Земли. Вследствие высокойподвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даженаиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимыхвеществ.
Преобладающие элементы химического состава гидросферы:Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–,S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего неговорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов,обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которыеусваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды являетсято, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объемемирового океана.
· Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая изосадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считатьверхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границыМохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляетсявзаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собойпочву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную частьпочвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живыеорганизмы, вода, газы.
Преобладающиеэлементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
II. Учение В. И. Вернадского обиосфере
1. Характеристика главных типоввеществ биосферы
По современным представлениям, биосфера – это особаяоболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту частьвещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.
Эти представления базируются на учении В. И.Вернадского(1863 –1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений вобласти естествознания в ХХ в. Важнейшая значимость его учения во весь ростпроявилась лишь во второй половине века. Этому способствовало развитие экологиии, прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающимпонятием.
Учение Вернадского о биосфере –это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшимипроблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собойпринципиально новый подход к изучению планеты как развивающейсясаморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.
По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включаетв себя живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенноевещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газыатмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество,которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы);биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельностиорганизмов и небиологических процессов (например, почвы); а также радиоактивноевещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяныеатомы. Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой.
Косное вещество биосферы.
Границы биосферы определяются факторами земной среды,которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя границапроходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоемозона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую частьультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могутсуществовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной корыорганизмы проникают на всю глубину Мирового океана — до 10-11 км. В литосфережизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земныхнедр и условием проникновения воды в жидком состоянии.
Атмосфера.
Газовая оболочка состоит в основном из азота икислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) иозон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические ибиологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологическихпроцессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания иминерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий вфотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткогоультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались взначительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород — врезультате фотосинтеза.
Гидросфера.
Вода — важнейший компонент биосферы и один изнеобходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%)находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шараи содержит 1300 млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включаютвсего 0,182 млн. км3, а количество воды в живых организмахсоставляет всего 0,001 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн.км3) содержат ледники. Большое значение имеют газы, растворенные вводе: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует оттемпературы и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося вводе, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи сразвитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделялабольшое количество водяного пара.
Литосфера.
Основная масса организмов, обитающих в пределахлитосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает несколькихметров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горныхпород, и органические вещества — продукты жизнедеятельности организмов.
Живые организмы (живое вещество).
Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы вих пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинахгидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизньсосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностномслое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т.Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зеленымирастениями и 0,8% — животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долюрастений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов — 93,7% всейбиомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомассаокеана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всехсуществ, обитающих на Земле.
В распределении живых организмов по видовому составунаблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится нарастения, 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 косноговещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах.Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают изокружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются,преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений иживотных, воспроизводится около 10% биомассы.
Сущность учения В. И. Вернадского заключена впризнании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты.Суммарный результат его деятельности за геологический период времени огромен.По словам Вернадского, «на земной поверхности нет химической силы болеепостоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечнымпоследствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Именно живые организмыулавливают и преобразуют энергию Солнца и создают бесконечное разнообразиенашего мира.
Вторым главнейшим аспектом учения В. И. Вернадскогоявляется разработанное им представление об организованности биосферы, котораяпроявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимнойприспособляемости организма и среды. «Организм, — писал В. И. Вернадский, — имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но котораяприспособлена к нему».
Это взаимодействие сказывается прежде всего в созданиимногочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие видыне существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются вдикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живоговещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурногочеловечества как работу единого целого.
По мнению В. И. Вернадского, в прошлом не придавализначения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты ихжизнедеятельности:
* открытию Пастера о преобладанииоптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственнойструктуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
* явно недооценивался вклад живыхорганизмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в составбиосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела,которые В. И. Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы ит. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косныхтел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весусоставляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль вгеологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Поскольку живое вещество является определяющимкомпонентом биосферы, можно утверждать, что оно может существовать иразвиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы итеснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромнойгеологической силой, ее определяющей.
Исходной основой существования биосферыи происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическоеположение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклонземной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственноерасположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в своюочередь – жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце являетсяосновным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических,химических и биологических процессов на нашей планете. Эту ее роль образновыразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер(1814 – 1878), отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча.
Решающее отличие живого вещества от косногозаключается в следующем:
* изменения и процессы в живомвеществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристикиизменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах– геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологическоговремени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;
* в ходе геологического временивозрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы.Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего «внепрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферыи обратно»;
* только в живом веществе происходяткачественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс имеханизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видовпутем естественного отбора Ч. Дарвина (1859 г.);
* живые организмы изменяются в зависимостиот изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина,именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.
В. И. Вернадский высказывает предположение, что живоевещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении сходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.
Для подтверждения своей мысли он ссылается нанепрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере,а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенноймодели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы«не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудьбыла раньше”. В современных терминах это явление можно описать какнеобратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийсяпоявлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу вцелом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные иподземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсемдругие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видовпостепенно распространяется и переходит на всю биосферу.
В. И. Вернадский обосновал также важнейшиепредставления о формах превращения вещества, путях биогенной миграции атомов,т.е. миграции химических элементов при участии живого вещества, накоплениихимических элементов, о движущих факторах развития биосферы и др./>2. Процесс развития биосферы
Важнейшей частью учения Вернадского являютсяпредставления о ее возникновении и развитии. Современная биосфера возникла несразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействияабиотических и биотических факторов. Первые формы жизни, по-видимому, былипредставлены анаэробными бактериями. Однако созидательная и преобразующая рольживого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосферефотосинтезирующих автотрофов – цианобактерий и сине-зеленых водорослей(прокариотов), а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов),что имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельностьэтих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, чторассматривается как один из важнейших этапов эволюции.
Параллельно развивались и гетеротрофы, и прежде всего– животные. Главными датами их развития являются выход на сушу и заселениематериков (к началу третичного периода) и, наконец, появления человека.
В сжатом виде идеи В. И. Вернадского об эволюциибиосферы могут быть сформулированы следующим образом:
1. Вначале сформировалась литосфера –предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше – биосфера.
2. В течение всей геологической историиЗемли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т.е. лишенные жизни).Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществомпрошлых геологических эпох.
3. Живые организмы – главный фактормиграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весумассы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью». (В.Вернадский)
4. Грандиозный геологический эффектдеятельности обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуютони практически в течение бесконечно большого промежутка времени.
5. Основным движущим факторомразвития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.
Венцом творчества В. И. Вернадского стало учение оноосфере, т. е. сфере разума.
В целом учение Вернадского о биосфере заложило основысовременных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживойприроды. Практическое значение учения о биосфере огромно. В наши дни оно служитестественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающейприродной среды. />Заключение/>Переходк ноосфере
Вернадский, анализируя геологическую историю Земли,утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние – в ноосферу поддействием новой геологической силы, научной мысли человечества. Однако в трудахВернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальнойноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере вбудущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в нее),а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или свозникновением промышленного производства. Надо заметить, что когда в качествеминералога Вернадский писал о геологической деятельности человека, он еще неупотреблял понятий “ноосфера” и даже “биосфера”. О формировании на Земле ноосферы он наиболее подробнописал в незавершенной работе “Научная мысль как планетное явление”, нопреимущественно с точки зрения истории науки.
Итак, что же ноосфера: утопия или реальнаястратегия выживания? Труды Вернадского позволяют более обоснованно ответить напоставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимыхдля становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:
1. заселение человеком всей планеты;
2. резкое преобразование средствсвязи и обмена между странами;
3. усиление связей, в том числеполитических, между всеми странами Земли;
4. начало преобладания геологическойроли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;
5. расширение границ биосферы и выходв космос;
6. открытие новых источников энергии;
7. равенство людей всех рас ирелигий;
8. увеличение роли народных масс врешении вопросов внешней и внутренней политики;
9. свобода научной мысли и научногоискания от давления религиозных, философских и политических построений исоздание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научноймысли;
10. продуманная система народного образования и подъемблагосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допуститьнедоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни;
11. разумное преобразование первичной природы Земли сцелью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические идуховные потребности численно возрастающего населения;
12. исключение войн из жизни общества.
Центральной темой учения о ноосфере является единствобиосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этогоединства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяетпонять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы,закономерности ее перехода в ноосферу.
Одной из ключевых идей, лежащих в основе теорииВернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточнымживым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутриприроды и является частью ее. Это единство обусловлено прежде всегофункциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пыталсяпоказать Вернадский как биогеохимик. Человечество само по себе есть природноеявление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на средежизни, но и на образе мысли./>Список использованной литературы
1. Вернадский В.И. Биосфера иноосфера. Москва – 1989 г.
2. Рузалин Г.И. Концепциясовременного естествознания. Москва – 1997 г.
3. Голубев В. С. Эволюция: отгеохимических систем до ноосферы. Киев – 1992 г.
4. Коробкин В. И., Передельский Л. В.Экология для студентов вузов. Ростов-на-Дону, «Феникс» — 2001 г.
5. Экология. Энциклопедия для детей,том 19. Москва, «Аванта+» — 2001 г.
6. Алексеев В. П. Очерки экологиичеловека. Москва «Наука» — 1993 г.