Введение
Существуют два основных определения понятиябиосфера», одно из которых известно со времени появления в науке данноготермина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых и неживыхорганизмов на Земле. Ученик Докучаева, создателя учения о почвах, В.И.Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принципнеразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие биосферы. Он понималбиосферу как сферу единства живого и неживого.
Такое толкование определило взглядВернадского на проблему происхождения жизни на Земле. Рассматривались следующиеварианты: 1) жизнь возникла дообразования Земли и была занесена на неё; 2) жизнь зародилась после образования Земли; 3) жизнь зародилась вместе с образованием Земли.Вернадский придерживался последней из этих точек зрения и считал, что нетубедительных научных данных о том, что живое когда-либо не существовало нанашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.
Под биосферой, таким образом,Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают подпрямым воздействием живых организмов. В дальнейшем Вернадский развил данноепонимание биосферы и определил её структуру.
1. Характеристика и структура биосферы
В буквальном переводе термин “биосфера”обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г.австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однакозадолго до этого под другими названиями, в частности «пространствожизни», «картина природы», «живая оболочка Земли» ит.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.
Первоначально под всеми этими терминами подразумеваласьтолько совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда иуказывалась их связь с географическими, геологическими и космическимипроцессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природыот сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина«биосфера» Э.Зюсс в своей книге «Лик Земли», опубликованнойспустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечалобратного воздействия биосферы и определял ее как «совокупностьорганизмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхностиЗемли».
Первым из биологов, который ясно указална огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк(1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхностиземного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живыхорганизмов.
Факты и положения о биосференакапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географиирастений и других преимущественно биологических наук, а также геологическихдисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферыв целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучаетвзаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определеннойприродной системой, а ее существование в первую очередь выражается вкруговороте энергии и веществ при участии живых организмов.
Очень важным для понимания биосферыбыло установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способовпитания живых организмов:
* автотрофное – построение организма за счетиспользования веществ неорганической природы;
* гетеротрофное – строение организма за счетиспользования низкомолекулярных органических соединений;
* миксотрофное – смешанный тип построения организма(автотрофно-гетеротрофный).
Биосфера (в современном понимании) –своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и тучасть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этимиорганизмами.
Биосфера охватывает нижнюю частьатмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
· Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, котораяграничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обменвещества и энергии с космосом.
Атмосфераимеет несколько слоев:
* тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхностиЗемли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового составаатмосферы и весь водяной пар;
* стратосфера;
* ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.
Преобладающиеэлементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
· Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствиевысокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природныеобразования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/лрастворимых веществ.
Преобладающиеэлементы 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, состоящаяиз осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принятосчитать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмическойграницы Мохоровичича. 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.
Ведущую роль выполняет кислород, надолю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однакокислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующихминералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство”кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.
Постепенно идея о тесной взаимосвязимежду живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и ихсистем на окружающие их физические, химические и геологические факторы всенастойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретныхисследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходеестествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, чтообособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельныхнаучных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. внауку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода кизучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ееизучения.
Результаты такого подходанезамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействиябиотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так,оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностьюморских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяютее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Числоподобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратнойсвязи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество взначительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзярассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной сторонызависит, а с другой – сама воздействует на нее. Поэтому передестествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким образом ив какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологическиепроцессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобныйподход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такуюзадачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый ВладимирИванович Вернадский (1863 – 1945).
2.В.И.Вернадский о биосфере.
Центральным в этой концепции являетсяпонятие о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупностьживых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда ичеловечество, влияние которого на геохимические процессы отличается отвоздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью,увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием,какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается преждевсего в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашнихживотных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либопогибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматриваетгеохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительногоцарства и культурного человечества как работу единого целого.
По мнению В.И.Вернадского, в прошлом непридавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела ипродукты их жизнедеятельности:
* открытию Пастера о преобладании оптически активныхсоединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул,как отличительной особенности живых тел;
* явно недооценивался вклад живых организмов вэнергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входитне только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которыеВ.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), атакже и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы,поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляетнезначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологическихпроцессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Поскольку живое вещество являетсяопределяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно можетсуществовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Неслучайно поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функциейбиосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являютсяогромной геологической силой, ее определяющей.[1]
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 откосного заключается в следующем:
* изменения и процессы в живом веществе происходятзначительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений вживом веществе используется понятие исторического, а в косных телах –геологического времени. Для сравнения отмету, что секунда геологическоговремени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;
* в ходе геологического времени возрастают мощь живоговещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие,указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего «в непрерывномбиогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы иобратно»;
* только в живом веществе происходят качественныеизменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этихизменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путеместественного отбора Ч.Дарвина (1859 г.);
* живые организмы изменяются в зависимости от измененияокружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именнопостепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.
В.И.Вернадский высказываетпредположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции,проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости отизменения среды.[2]
Для подтверждения своей мысли онссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и еезначение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По егомнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ниодна из точек биосферы «не попадает в то же место, в ту же точку биосферы,в какой когда-нибудь была раньше” [3].В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений,которые присущи любому процессу эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции,сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие навсю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например,почвы, наземные и подземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы иреки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Такимобразом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всюбиосферу.
Поскольку эволюция и возникновениеновых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерновозникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать– на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Над этими вопросами на протяжениистолетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства,философы и ученые. В.И.Вернадский подробно рассматривает наиболее интересныеточки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, иприходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы пока несуществует. Сам он как ученый вначале придерживался эмпирического подхода крешению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попыткиобнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либопереходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останкижизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионовлет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И.Вернадского, дают возможностьвысказать предположение, что жизнь как материя и энергия существует воВселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение естьне больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живоговещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой,оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в томчисле и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всякомслучае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которыезащищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее времядаже выдвигают достаточно обоснованные гипотезы и модели происхождения жизни.
Предположения относительно абиогенного,или неорганического, происхождении жизни делались неоднократно еще в античнуюэпоху, например, Аристотелем, который допускал возможность возникновения мелкихорганизмов из неорганического вещества. С возникновением экспериментальногоестествознания и появлением таких наук, как геология, палеонтология и биология,такая точка зрения подверглась критике как не обоснованная эмпирическимифактами. Еще во второй половине XVII в. широкое распространение получилпринцип, провозглашенный известным флорентийским врачом и натуралистом Ф.Реди,что все живое возникает из живого. Утверждению этого принципа содействовалиисследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578 – 1657),который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускалвозможность возникновения жизни абиогенным путем.
В дальнейшем, по мере проникновения физико-химическихметодов в биологические исследования снова и все настойчивее стали выдвигатьсягипотезы об абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили о химическойэволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической,стадии возникновения жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И.Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными,но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал нибожественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенесвозникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность ее появлениив биосфере при определенных условиях. Он писал: “Принцип Реди… не указываетна невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия вбиосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научномопределении этой формы организованности земной оболочки.” [4]
Несмотря на некоторые противоречия,учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в пониманиине только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностьючеловечества.
Использованнаялитература
Аллен Р.Д.
“Наука о жизни”, М. – 1981г.
Вернадский В.И.
“Философские мысли натуралиста”, М.– 1988г.
Вернадский В.И.
“Биосфера и ноосфера”, М.– 1989г.
Вернадский В.И.
“Научная мысль как планетное явление”, М. – 1989г.
Вернадский В.И.
“Начало и вечность жизни”, М.– 1989г.
Кондратьев М.Н.
Лекции, M. – 1997г.
Лапо А.В.
“Следы былых биосфер”, М. – 1979г.
Горелов А.А. Концепции современного естествознания, М.-2000г.
Рузалин Г.И.
Концепция современного естествознания М. 1997г.
Главный редактор академик Б.В. Петровский
Большая медицинская энциклопедия, том-3, издание третье, М-1976г. Заключение
В заключении мне хотелось быпроанализировать выводы из учения о биосфере:
· первым выводом из данного учения является принципцелостности биосферы. Здесь можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе,как о едином целом в механизме биосферы. Строение Земли, по Вернадскому, естьсогласованный в своих частях механизм. Узкие пределы существования жизни — физические постоянные, уровни радиации и т.п.- подтверждают это. Как будтокто-то создал такую среду, чтобы жизнь стала возможна.
· с принципом целостности биосферы и неразрывной связи вней живых и косных компонентов связан и принцип гармонии биосферы и еёорганизованности. В биосфере, по Вернадскому, «всё учитывается и всёприспосабливается с той же точностью, с той же механичностью и с тем жеподчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесныхсветил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии».
· роль живого в эволюции Земли. На земной поверхностинет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественнойпо своим конечным последствиям, чем организмы взятые в целом. Все минералынепрерывно создаются в ней только под влиянием жизни. Лик Земли как небесноготела фактически сформирован жизнью.
· космическая роль биосферы в трансформации энергии.Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие одногои того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергиюЗемли.
· растекание жизни есть проявление ее геохимическойэнергии. Живое вещество, подобно газам, растекается по земной поверхности всоответствие с правилом инерции.
· понятие автотрофности. Афтотрофными называюторганизмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы в биосфереиз окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовыхсоединений другого организма. Поле существования этих зеленых автотрофныхорганизмов определяется прежде всего областью проникновения солнечных лучей.
· космическая энергия вызывает давление жизни, котораядостигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличенияих количества.
· формы нахождения химических элементов: 1) горныепороды и минералы; 2) магмы; 3) рассеянные элементы; 4)живое вещество. Закон бережливостииспользования живым веществом простых химических тел: раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний иорганизм вводит в себя только необходимое количество элементов.
· жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленойрастительности.
· биосфера в своих основных чертах представляет один итот же химический аппарат самых древних геологических периодов. Жизньоставалась в течении геологического времени постоянной, менялась только ееформа.
· всюдность жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленноприспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивостижизни есть результат приспособленности в ходе времени.
· постоянство количества живого вещества в биосфере.
· всякая система достигает устойчивого равновесия, когдаее свободная энергия равняется или приближается к нулю, т.е. когда всявозможная в условиях системы работа произведена.Новокузнецкий филиал-институтКемеровского ГосударственногоУниверситетаЮридический факультетКафедра экологии и естествознания
Реферат
Дисциплина:Концепция современногоестествознания
Тема:
«Биосфера и её структура»
Выполнил: студент
4-го курса,группы№ 982
ТулягановМ. А.
Проверил: Сенкус В. А.
Новокузнецк-2001г.
[1] Вернадский В.Н. Начало и вечность жизни. – М.: Республика, 1989. –С.156.
[2] ВернадскийВ.И. Биосфера и ноосфера.– М. Наука, 1989.– с.185
[3] ВернадскийВ.И. Биосфера и ноосфера.– М. Наука, 1989.– с.181
[4] ВернадскийВ.И. Биогеохимические очерки. – М., 1940. – С.49.