Біосфера закономірна частина космічної організованості. Біосфера і її організованість. Властивості систем, що самоорганізуються
В.І. Вернадський, розглядаючи біосферу як геологічну оболонку, ясно розумів, що структура цієї оболонки не відображає всієї складності йдуть в ній процесів. Тому він ввів поняття про організованості біосфери. Ще в 1931 році в роботі «Про умови появи життя на Землі» Вернадський визначив організованість біосфери як стійкість динамічної системи, її рівновагу.
Організованість біосфери в геологічному часу підтверджується тим, що вся біосфера охоплюється і тропосферою, і гідросферою, і літосферою, і живим речовиною. Ці частини її взаимопроникают і взаємодіють між собою, утворюючи єдине ціле (рис. 2).
БІОСФЕРА
Мал. 2. Взаємозв'язок оболонок біосфери Землі
Таким чином, поняття «організованість» має на увазі, що навколишня природа не їсти хаос розрізнених елементів, але є єдине і чіткий ціле.
Організованість природи - це не тільки зовнішній емпіричний факт, але і її основна властивість. Воно найбільш яскраво виступає в явищі живого, де кожна крупинка може розглядатися як своєрідний мікрокосмос.
Таким чином, організованість біосфери має на увазі єдність, рівноцінність і зв'язок її частин. Організованість біосфери проявляється на різних рівнях. Розрізняють термодинамічний, фізичний, хімічний, біологічний, парагенетичну, енергетичний, планетний рівні організованості біосфери.
1.5. Стійкість і саморегуляція в процесі розвитку біосфери
біосфера Землі - відкрита, складна, багатокомпонентна, саморегулююча, пов'язана з космосом система живої речовини і мінеральних сполук, що утворює зовнішню оболонку планети.
Біосфера є не тільки областю, в якій на планеті Земля виникла і розвивалася життя в усьому розмаїтті її форм. Жива речовина за час свого існування глибоко змінило первісну природу планети, биологизировал її. Життя саме пристосовувала і оптимізувала середу. У стратосфері виник озоновий екран, який захищає живі істоти від згубного впливу ультрафіолетових променів і інших космічних випромінювань.
Вивітрювання, грунтоутворення, делювіальні і алювіальні наноси закрили органо-мінеральними покриттями мелкозема монолітні, безплідні, безводні скелі. Ці процеси створили пухкі горизонти, сприятливі за фізичними і хімічними властивостями для існування рослин, особливо їх кореневих систем, і екологічні ніші для тварин. Фотосинтез рослин з'явився механізмом накопичення активної біохімічної енергії в масах органічної речовини в формі гумусу, копалин горючих, що гарантують задоволення запитів організмів на випадок стресових умов і несприятливих періодів.
Жива речовина, створивши грунт, подолало обмеженість ресурсів азотно-вуглецевого, водного, повітряного і мінерального живлення. Неосінтез високодисперсних мінералів забезпечив в грунтах фізико-хімічну поглинальну здатність, тим самим закріплюючи з'єднання N, Р, Са, К. Ще більш інтенсивне накопичення макроелементів (С, N, Р, Са, S, К) і мікроелементів (I, Zn, Сu , З, Sе і т.д.) спостерігається в ході біогенної акумуляції в формі гумусових-органічних сполук.
Виник і показав свою виняткову роль механізм співпраці - симбіоз - між рослинами, тваринами, комахами, нижчими безхребетними, мікроорганізмами з утворенням харчових ланцюгів. Цей механізм в біосфері дозволяє обходитися невеликими запасами енергії і хімічних сполук. Але є межі цієї стійкості і саморегуляції. Якщо зміни в середовищі виходять за межі періодичних коливань, до яких пристосовані організми, то злагодженість екосистем і біосфери в цілому порушується.
Життя, жива речовина, біосфера завдяки цим процесам, а також у зв'язку з безперервністю надходження космічної енергії розвивалася на Землі за принципом самоврядного розширеного відтворення. Так, в девоні існувало близько 12 тис. Видів рослин, в кам'яновугільному періоді - 27 тис., В пермотріасе - 43 тис., В юре - 60 тис. Сучасна флора налічує близько 300 тис. Видів (Ковда, 1983). Це спрямоване поступальний розвиток біосфери не було безперервним. Катастрофи (епохи вулканізму, зледеніння, опустелювання) порушували, затримували загальний процес розширеного відтворення, але не могли зупинити загальний процес все ускладнюється розвитку життя і біосфери.
1.6. Поняття про біогеоценозі як елементарної структурної
одиниці біосфери
біогеоценоз - це взаємообумовлених комплекс живих і відсталих компонентів, пов'язаних між собою обміном речовини і енергії (грец .: bios - життя, gi - гео - земля, koinos - загальний). В основі поняття лежить визначення академіка В.М. Сукачова, за яким біогеоценоз - «сукупність на відомому протязі земної поверхні однорідних природних явищ (Атмосфери, гірської породи, рослинності, тваринного світу та світу мікроорганізмів, грунту і гідрологічних умов), що має свою особливу специфіку взаємодії цих становлять її компонентів і певний тип обміну речовиною і енергією їх між собою та іншими явищами природи і що представляє собою внутрішнє протиріччя, діалектична єдність, що знаходиться в постійному русі і розвитку ».
В даний час терміни «біогеоценоз» і «екосистема» часто розглядаються як синоніми. Але поняття «біогеоценоз», запропоноване В.М. Сукачова і відноситься до наземних живих систем, має певні територіальні межі. Поняття «екосистема» - безрозмірне і може включати простір будь-якої протяжності - від краплі води з живуть в ній мікроорганізмами до всієї біосфери в цілому. Таким чином, поняття «біогеоценоз» по відношенню до поняття «екосистема» - більш приватне. Однак на симпозіумі ЮНЕСКО з питання про функціонування земних екосистем на рівні первинної продукції, що проходив в Копенгагені в 1965 році, домовилися про однаковому значенні цих двох термінів.
Отже, біогеоценози є частинами земної або водної поверхні, однорідної з точки зору топографічних, мікрокліматичних, ботанічних, зоологічних, ґрунтових, гідрологічних і геохімічних умов. У цій системі круговорот речовин і потік енергії характеризуються певною інтенсивністю і спрямованістю. За відправну точку кругообігу речовин є фотосинтез і створення фітобіомасси рослинами. Реальні розміри біогеоценозів на планеті варіюють досить широко: від декількох метрів (мікровпадіни в степах і напівпустелях, піщані дюни і т.д.) до кілометрів (біогеоценози солончака, солонці, Такири, однорідні ділянки степів, лісів і т.д.). Вертикальні розміри біогеоценозів варіюють також вельми широко: від декількох сантиметрів на скелях до декількох десятків метрів в тайзі або в тропічних лісах.
Біогеоценоз відносно стійкий в часі і термодинамічно відкритий щодо припливу і відпливу речовини і енергії. Він має вхід енергії і різних речовин: сонячна енергія, мінеральні елементи гірських порід, атмосферні випадання, грунтові води. А також і вихід енергії і біогенних речовин в атмосферу (тепло, кисень, вуглекислий газ і т.д.), літосферу (гумусові сполуки, мінерали, осадові породи) і гідросферу (розчинені біогенні речовини грунтових, озерних, річкових вод).
Саморегулюючий характер біосфери і біогеоценозів є результатом автокаталитического властивості живої речовини, його здатності поглинати і обмінювати речовини, рости і розмножуватися. Потік енергії і речовини в біогеоценозі йде від рослин до травоїдним тваринам, від останніх - до хижаків, потім до нижчих організмам і бактеріям в грунті. Саме травоїдні починають харчовий ланцюг організмів-споживачів і руйнівників органічної речовини, створеного в процесі фотосинтезу. Звідси первинним джерелом їжі та енергії для харчового ланцюга організмів є фитомасса, створена рослинами. Зоомасси - вторинний продукт. Тому розрізняють первинну і вторинну продуктивність біогеоценозів і ландшафтів.
У харчовому ланцюгу організмів в біогеоценозах існує безперервний потік енергії. На кожному новому ланці цього ланцюга втрачається 50-90% енергії і біомаси, запасеної на попередньому етапі. Виникає так звана екологічна піраміда запасів енергії. Чим більше ланок у харчовому ланцюзі, тим вище екологічна піраміда і тим більше буде втрачено енергії в кінцевому ланці (рис. 3).
| ОРЕЛ | ||||||||||
| ЗМІЇ | ||||||||||
| ЛЯГУШКИ | ||||||||||
| коників | ||||||||||
| ТРАВИ | ||||||||||
Мал. 3. Піраміда харчового ланцюга
Основним положенням енергетики екосистем є незворотність біоенергетичних процесів. Тому в застосуванні до екосистемам (і зокрема, до грунтів) не можна застосовувати вираз «круговорот енергії», подібно до того, як в біогеохімії та в грунтознавстві про кругообіг речовин. Єдино правильний термін - «потік енергії», так як енергія первинної біологічної продукції в подальшому тільки витрачається. Для поповнення і відновлення біомаси в екосистемі необхідний постійний приплив енергії ззовні, в той час як припливу атомів речовини може і не бути. Одні і ті ж атоми можуть багаторазово циркулювати в біогеоценозах.
«... в дійсності маємо справу зі своєрідноюорганізованістю біосфери, з природним планетних тілом,
яке ми не можемо розділити без його знищення »
В.І. Вернадський (1977)
Рівні організованості:
просторово-часової
фізичний, в т.ч. термодинамічний, агрегатний,
енергетичний
хімічний, в т. ч. биогеохимический
біологічний (структурно-функціональний)
парагенетичну «Планетарна біосфера» - це єдина система,
з числа доступних вивченню, яка об'єднує
неживу і живу матерію, що має
власну внутрішнє середовище, відмінну від
зовнішньої, термодинамічно нерівноважну по
відношенню до навколишньому середовищу (Космосу),
самостійно підтримує це
нерівновага, обмінюватися з нею (зовнішньої
середовищем) речовиною, енергією та інформацією,
має виражену кордон
незмішуваних середовищ.
Кібернетичні принципи організованості біосфери
Кібернетичні системи - це складні динамічнісистеми будь-якої природи (технічні, біологічні,
економічні, соціальні, адміністративні) зі зворотним
зв'язком.
Складними динамічними системами називаються такі
системи, які містять в собі безліч більш простих,
взаємодіють один з одним систем і елементів,
які змінюються, тобто під впливом певних
процесів переходять з одного стійкого стану в
інше.
Самоорганізація - структура в дії. ГОМЕОСТАЗ. Прагнення до гомеостазу - найпотужніший
фактор еволюції.
ЗВОРОТНІЙ ЗВ'ЯЗОК. Негативні зворотні зв'язки
підтримують гомеостаз, позитивні - погіршують
стабільність системи. Однією з особливостей будь-якого з найважливіших еволюційних процесів, що протікають в живому
світі, є протиріччя між тенденціями до стабільності, тобто збереженню гомеостазу, і зміцненню негативних зворотних зв'язків, і тенденціями до пошуку нових,
більш раціональних способів використання зовнішньої енергії
і речовини, тобто зміцненню позитивних зворотних зв'язків.
ІНФОРМАЦІЯ - відображена структура, яка відтворює
структуру оригіналу, визначає цілеспрямованість
розвитку живої системи (реалізація генетичної
програми, досягнення видової різноманітності і т.д.)
Властивості систем, що самоорганізуються
зберігає стан термодинамічноїрівноваги
негаентропійний характер дії
(Використання інформації)
володіє функціональною активністю,
виражається в протидії зовнішнім
силам
володіє вибором лінії поведінки і
цілеспрямованістю дії
володіє гомеостазом і адаптивністю системи
Закон вектора розвитку. Розвиток однонаправленно.
Закон незворотності еволюції (Л. Долло, 18571931).
Закон ускладнення системної організації (К.Ф.
Рульє, 1814-1858).
Закон необмеженого прогресу.
Закон послідовності проходження фаз
розвитку системи.
Сістемогенетіческій закон.
Закон синхронізації та гармонізації підсистем (Ж.
Кюв'є, 1769-1832)
Закономірності внутрішнього розвитку систем
Правило різночасності розвитку підсистемв великих системах (закон аллометрии, Д.
Хакслі, 1887-1975)
Правило системно-динамічної
комплементарності
10. Термодинаміка живих систем
Принцип енергетичної провідності. водообмін вбіологічної особини займає годинник, в аеробіосфере - 8 днів,
в річках - 16 днів, в озерах - 17 років, в підземних водах -
1400 років, в океані - 2500 років.
Закон збереження маси.
Перший початок термодинаміки.
Другий закон термодинаміки:
1. Енергетичні процеси можуть йти мимовільно
тільки за умови переходу енергії з концентрованої
форми в розсіяну;
2. Втрати енергії у вигляді недоступного для використання тепла
завжди призводять до неможливості стовідсоткового переходу
одного виду енергії (кінетичної) в інший (потенційну)
і навпаки;
11.
3. У замкнутої (ізольованою в тепловому і механічномувідношенні) системі ентропія або залишається незмінною (якщо
в системі протікають оборотні, рівноважні процеси),
або зростає (при нерівних процесах) і в стані
рівноваги досягає максимуму.
ЕНТРОПІЯ - міра невпорядкованості системи, яка прагне
згідно з другим принципом термодинаміки, до зростання до
стану фізичного рівноваги, який є незворотнім.
Теорема збереження впорядкованості (І.Р. Пригожин, 1977).
У відкритих системах ентропія не збільшується - вона падає
до тих пір, поки не досягається мінімальна постійна
величина, завжди велика нуля. При цьому речовина в системі
розподіляється нерівномірно і організовується таким чином,
що місцями ентропія зростає, а в інших місцях
знижується. В цілому ж, використовуючи потік енергії, система не
втрачає впорядкованості.
12.
Принцип Ле Шательє-Брауна.Закон мінімуму дисипації енергії (Л. Онсагер,
1903-1976).
Закон максимізації енергії та інформації (Ю.
Одум).
Принцип максимізації потужності.
Правило основного обміну
13. Просторово-часова організованість
Простір розуміється як форма буття матерії,характеризує її протяжність, структурність,
співіснування і взаємодія елементів у всіх
матеріальних системах.
Характеристики простору біосфери:
1. Земна кора хімічно різко відрізняється від внутрішніх шарів
планети;
2. По набору хімічних елементів в земній корі переважають
елементи з парними порядковими номерами;
3. Хімічний склад оболонок Сонця і зірок відповідає
складом земної кори;
4. Простір біосфери є дисиметричністтю і
хіральних.
14.
Абіогенний симетрія і асиметрія живого речовини1. Гіпотеза голобіоза - методологічний підхід, заснований на
ідеї первинності структур типу клітинної, наділеною
здатністю до елементарного обміну речовин за участю
ферментного механізму. Поява нуклеїнових кислот в ній
вважається завершеним еволюції, підсумком конкуренції
протобионтов.
2. Гіпотеза генобіоза (інформаційна гіпотеза) - виходить з
переконання в первинності молекулярної системи з властивостями
первинного генетичного коду.
3. Молекулярна хіральність - властива тільки живої матерії і
є її невід'ємною властивістю (Л. Пастер, 1860).
Перетворення молекулярно-симетричних речовин неживої
природи в молекулярно-діссімметрічние живий нерозривно
пов'язане з походженням живої матерії. воно здійснювалося
за допомогою особливих діссимметрічеських сил, що викликають
діссімметрізацію молекул цієї матерії (потужні електричні
розряди, геомагнітні коливання, обертання Землі навколо
Сонця, поява Місяця).
15.
Час - характеризує послідовність зміни станів ітривалість буття будь-яких об'єктів і процесів, внутрішній зв'язок
змінюються і зберігаються станів.
властивості геологічного
властивості біологічного
часу
часу
- односпрямованнодіючих
- циклічно,
- лінійно,
- закруглені,
- незворотньо, існує
- незворотньо, виникає з
завжди,
народженням,
- фон для всіх процесів
- протягом викликано народженням,
ростом, загибеллю і зміною
поколінь.
Рух часу здійснюється біологічно, враховується
зміною поколінь живої речовини, яка зумовлює «дленіе»
часу. Геологічний час визначається тільки через
біологічний час. Біологічне час є абсолютною
системою відліку часу. У біосфері існує «пространствовремя» - категорія, основа якого - існування ЖВ.
16.
Структурно-функціональна організованість біосфериХарчова ланцюг - це ряд організмів, пов'язаних між собою
передачею енергії від її джерела - автотрофів до
споживачеві - гетеротрофам. Ланки харчового ланцюга,
утворені подібними за типом харчування організмами,
називаються трофічними рівнями.
енергетичним
матеріалом
для
функціонування
трофічного
рівня
служать
біомаса
організмів
попереднього трофічного рівня або продукти деструкції
відмерлих залишків.
Два основних типи харчових ланцюгів: пасовищні, або ланцюга
виїданням, що починаються з зеленого рослини, і детрітние,
або ланцюга розкладання.
17.
Енергетичний баланс продуцентів:1.запасаніе енергії в процесі фотосинтезу (на кожен моль
асимільованої вуглекислоти запасається 114 ккал енергії);
2.запасаніе сонячної енергії йде в дуже зручною для
біологічного використання формі - в молекулярної, тобто в
хімічних зв'язках цукрів, амінокислот, білків;
3.часть збереженої енергії використовується продуцентом для
побудови власного організму, частина надходить в
детрітние ланцюга і частина надходить на трофічний рівень
консументов.
18.
Енергетичний баланс консументов:1.Поглощённая їжа засвоюється не повністю, 10-20% (сапрофагі)
до 75% - м'ясоїдні види;
2.Большая частина енергії витрачається на метаболізм - трата на
дихання;
3.Меньшая частина енергії витрачається на пластичні процеси;
4.Передача енергії хімічних сполук в організмі йде з
втратою у вигляді тепла (низький ККД тварин клітин);
5.Потері енергії складають близько 90% при кожній передачі
енергії через трофічний рівень. Втрачена в ланцюгах харчування
енергія може бути заповнена тільки надходженням її нових
порцій. Тому біогеоценоз функціонує тільки за рахунок
спрямованого потоку енергії, постійного надходження її ззовні в
вигляді сонячного випромінювання або готових запасів органічного
речовини.
19.
Переплетення різних ланцюгівхарчування в складі
біогеоценозів утворюють
складні поєднання видових
популяцій, які називають
циклами харчування або
харчовими мережами. принцип
освіти харчових мереж
полягає в тому, що кожен
продуцент має не одного, а
декількох консументов. В
свою чергу консументи
користуються не одним, а
декількома джерелами
харчування.
20. парагенетичну рівень організованості
парагенезіс - закономірне спільнезнаходження в земній корі мінералів, пов'язаних
загальними умовами освіти. вивчення
парагенезиса мінералів має велике значення
при пошуках і оцінці родовищ корисних
копалин, що мають схожу геохімічну
історію.
біосфера - парагенетічеськая оболонка
відображенням парагенезиса біосферного речовини
є його типи:
21. Типи біосферного речовини:
жива речовинабіогенна речовина
відсталу речовину
биокосное речовина
речовина, що знаходиться в процесі
радіоактивного розпаду
розсіяні атоми
речовина космічного походження
Наукові передумови Сферична форма планети (ХYI-XYII, Леонардо да Вінчі, Дж. Бруно, Галілео Галілей) Геологічна значення живих організмів на поверхні земної кулі (XYII-XYIII, Д. Вудворд, Ж. Бюффон, Жан Батіст Ламарк) 1803 р Ламарк : застосував термін біосфера для позначення сукупності живих організмів (середовище проживання живих організмів) Починаючи з XYII століття не тільки виділяються атмосфера, гідросфера і літосфера, але і відзначається їх взаємопроникнення
Наукові передумови XIX століття: Гумбольдт - про взаємодію природних явищ Докучаєв (вчитель Вернадського) в «Учення про зони природи» про «... закономірного зв'язку між мертвою і живою природою, між рослинним, тваринним і мінеральними царствами, з одного боку, людиною, його побутом і навіть духовним світом - з іншого ». Е. Зюсс - 1875 р Під біосферою розуміє не тільки органічний світ, а й навколишнє середовище.
Основні положення (емпіричні узагальнення) вчення Вернадського про біосферу 1926 г. «Біосфера»: «Жива речовина теж поширене концентрично в земній корі. Область їм зайнята утворює оболонку, яку ми називаємо біосферою. Ця біосфера охоплює частину літосфери і атмосфери і всю гідросферу »
Емпіричні узагальнення Відзначаючи центральну роль живого речовини, Вернадський вказує: 1. Існує генетичний зв'язок сучасного живого речовини з живою речовиною минулого, безперервність впливу цієї речовини на навколишнє середовище, безперервність процесів біогеохімічного вивітрювання. Принцип актуалізму - безперервність існування біосфери «Розтікання життя - рух, що виражається у всюдности життя, є прояв її внутрішньої енергії, виробленої нею хімічної роботи. Я буду називати її геохімічної енергією життя ».
Емпіричні узагальнення 2. Принцип Реді (1712 г.) - все живе від живого. У масштабі геологічного часу немає геохімічних даних самозародження життя. Ніколи протягом усього геологічного часу не спостерігалося азойние (т. Е. Позбавлені життя) геологічні епохи. 3. Принцип Дана (1863) - спрямованість еволюційного процесу (цефализация). Поява в біосфері людини закономірно. Людина стала геологічною силою на планеті. 4. Промениста енергія сонця за посередництвом живих організмів регулює хімічне прояв земної кори.
Емпіричні узагальнення 6. Жива речовина є планетне явище і не може бути відірване від біосфери, геологічної функцією якої воно є. 7. Космічні випромінювання, що йдуть від всіх небесних тіл, охоплюють біосферу, проникають все в ній. Біосфера - область перетворень космічної енергії. Речовина біосфери завдяки цій енергії стає активним. Лик Землі змінюється, він не тільки відображення нашої планети, але одночасно є і створенням зовнішніх сил космосу.
Місце біосфери в планетарна «Земля» (атмосфера) Верхня межа біосфери - верхні межі поля існування життя - озоновий шар на кордоні тропосфери і стратосфери. Верхня межа визначається радіацією (на висоті 9000 м в десятки разів більше, ніж на рівні моря, на висоті 15 км в 100 разів). Концентрація життя з віддаленням від поверхні Землі знижується. В 1 куб. м повітря міститься: Поблизу поверхні грунту - 10 -100 тис. мікроорганізмів 11 -21 км - 0, 14 організмів (гриби, бактерії) 48 -85 км - виявлені мікроорганізми
Межі біосфери Верхні межі поля стійкості життя - вище озонового екрану (85 км і вище, космос). Живі організми присутні або в стані, що покоїться, не маючи активного метаболізму, або захищені яким-небудь речовиною (наприклад, речовина залізного метеорита товщиною 800 ангстрем надійний притулок для мікроба).
Місце біосфери в планетарна «Земля» (гідросфера) Вся гідросфера заселена живими організмами: від поверхневих вод океану до глибоководних западин
Місце біосфери в планетарна «Земля» (літосфера) Літосфера - твердий шар земної кори (кора вивітрювання) стелить пластичної і менш в'язкою астеносферой. Літосфера складена породами: Осадові 12 -15 км (до 20 км) Метаморфічні (граніти) Магматичні (базальти) Літосфера складена з плит (океанічних і континентальних). Причина тектоніки плит (горизонтальні переміщення) - теплова конвекція в мантії Землі)
Межі в літосфері На континентальні плити нижні межі поля існування життя - 2 -3 км (до 6 км) Наприклад, мікроорганізми в водах, що омивають шари нафти (до 10 -40 тис. В 1 мл). В океанічних плитах - 0, 5 -1 км. Нижні межі поля стійкості життя в літосфері визначаються наявністю рідкої води (10, 5 км виявлено), але не більше 25 км, де життя принципово неможлива, т. К. Незважаючи на високий тиск при температурі 460 градусів рідка вода переходить в стан пара.
Середня потужність біосфери км (Шипунов, 1980) Широтні пояса Полярний Континентальна Океанічна область 12 13 среднеширотной 14 15 Тропічний 22 21
Організованість біосфери «Структуру біосфери зручно назвати організованістю за характером йдуть в ній геологічних процесів» Підкреслюється функціональний характер цього поняття. Організованість біосфери як цілого динамічного освіти існує лише в рамках потоків енергії і кругообігу речовини. Виділяються рівні організованості біосфери: фізичний, термодинамічний, хімічний, біологічний, парагенетичну
Фізичний рівень організованості біосфери Біосферу можна розглядати як дуже складну дисперсну систему, слагающуюся з твердої, рідкої і газоподібної фаз. У всіх частинах біосфери (тропосферного, гідросферні, литосферной) завжди присутні речовини в трьох агрегатних станах (тверде, рідке і газоподібне). У біосфері йде перехід, з активною участю живих організмів, одного агрегатного стану в інше.
Термодинамічний рівень організованості біосфери Газова фаза пов'язує термодинамічні частини біосфери Їх термодинамічні властивості залежні один від одного (виверження вулканічних газів, випаровування води та ін.) Роль живої речовини в регулюванні газової складової біосфери (наприклад, зв'язування діоксиду вуглецю в процесі фотосинтезу)
Хімічний рівень організованості біосфери Хімічна структура вод біосфери: наземні (поверхневі), надземні, підземні Хімічна структура газів біосфери (гази надземні, наземні, підземні) в континентальною та океанічною області Хімічна структура твердих тіл біосфери (надземні, наземні, власне літосферні) Хімічна структура живого речовини Хімічну організованість біосфери вивчає біогеохімія
Біологічний рівень організованості біосфери Шар 1 - надземне жива речовина фотобіосфери Продуценти (фотосинтезуючі мікроорганізми) Навколишнє середовище (тропосфера) Гетеротрофи Редуценти (гриби і бактерії)
Біологічний рівень організованості біосфери Шар 2 - жива речовина наземної і водної фотобіосфери Продуценти (фотосинтезуючі рослини і бактерії) Навколишнє середовище (тропосфера, гідросфера, літосфера) Гетеротрофи Редуценти (гриби і бактерії)
Біологічний рівень організованості біосфери Шар 3 - жива речовина підземної і водної афотобіосфери Продуценти (хемосинтезирующие мікроорганізми) Навколишнє середовище (гідросфера, літосфера) Редуценти (гриби і бактерії) Гетеротрофи
Парагенетичну рівень організованості біосфери «До термодинамічних, фазовим і хімічним оболонок ми повинні додати ... парагенетичну оболонку, визначальну парагенезіс елементів, т. Е. Закони їх спільного перебування. Біосфера і є однією з таких парагенетических оболонок, найбільш нам доступною і відомою ».
Жива речовина, будучи особливим проявом термодинамічних, фізичних і хімічних умов планети, постійно прагне організувати їх таким чином, щоб мати максимальну стійкість своєї структури, т. Е. Переводить їх на більш складний рівень організованості. В результаті виникає парагенетічеськая оболонка планети - біосфера. У біосфері проявляється парагенезіс структур різних рівнів організованості. Це веде до виникнення таких складних структур, як біокосні тіла.
Категорії біосферного речовини 1. Жива речовина - сума живих організмів постійно вмираючих і народжуються (біогенна міграція атомів здійснює зв'язок з іншими категоріями речовини). 2. Биогенное речовина (минуле живе речовина: кам'яне вугілля, бітум, нафту, вапняки і т. Д.). 3. Відстале речовина - абиотическое, жива речовина в його освіті не бере. 4. Біокосна речовина - створюється живими організмами і відсталими процесами (грунти, природні води, біосфера)
Біогеохімічні функції живого речовини Газова (киснево-углекислотная, озонова і ін.) Концентраційна Окислительно-відновна Біохімічна Біогеохімічні функції людини
Організованість життя на планетних-космічному рівні 1. В масштабі біосфери і короткого часу - сукупність живих організмів. 2. У масштабі геологічного часу вся біосфера стає актуально організованою частиною життя. 3. У масштабі космічного часу можна допустити, що весь космос (?) Може стати потенційно організованою частиною життя, її потенційним тілом!
Організованість життя на планетних-космічному рівні Джеймс Лавлок (1972) ідея живої планети «Gaia». Планета, заселена живими організмами, сама, як ціле набуває деяких ознак біологічного організму. Умберто Матурана і Франсіско Варела (1974 -1979) Теорія аутопоезис, теорія самопродуцірующіхся автономних систем. Створена метасістемная теоретична модель життя.
Аутопоетіческая система взаємодіє з навколишнім середовищем як єдиний колектив, як цілісність. У процесі структурного сполучення з середовищем в організмі відбуваються адаптивні структурні перебудови. У середовищі також відбуваються обурення під впливом організму. Середовище не інертна. В процесі взаємодії організм і середовище (яка може включати інші організми) виступають як коеволюціонірующіе партнери. Біосфера є аутопоетіческой системою
Ноосфера Термін введений Е. Леруа (французький математик і філософ) в 1927 році: Подальша еволюція живого на планеті буде відбуватися тільки духовними засобами: суспільство, мова, культура і т. Д. І це буде ноосфера, яка послідує за біосферою. П'єр Тейяр де Шарден (французький антрополог) в 1930 р Написав книгу «Ноосфера: феномен людини». Під ноосферою розуміє окрему оболонку Землі, сформовану в ході еволюції матерії (тангенциальной енергії) і радіальної (тонкої) енергії на планеті
Ноосфера В. І. Вернадський (1935) Ноосфера - природне природне тіло, компонентами якого є літосфера, гідросфера, атмосфера і органічний світ, перетворені розумної діяльністю людини. «Вибух наукової думки у ХХ столітті підготовлений усім минулим біосфери. Біосфера неминуче перейде, так чи інакше, рано чи пізно, в ноосферу.
біосферний рівень- вища форма організації життя на Землі. На цьому рівні відбувається об'єднання всіх круговоротов речовин і перетворення енергії в єдиний круговорот. Живе організовано за типом ієрархічних систем: перехід з одного рівня на інший пов'язаний зі збереженням функціональних механізмів, які діяли на попередньому рівні, і з появою нових структур і функцій, нових якостей. Рівень представлений біосферою - областю активного життя. вона охоплює аеросферу(Нижню частину атмосфери), гідробіосферу(Гідросферу), террабіосферу(Поверхня суші) і літобіосферу(Верхню частину літосфери). Біосфера - досить тонкий шар: мікробне життя поширена до висот 22 км над поверхнею, а в океанах наявність життя виявлено на глибинах до 10- 11 км нижче рівня моря. В земну кору життя проникає менше, мікроорганізми знайдені при бурінні до глибин 2 - 3 км. Випадково жива матерія потрапляє і в шари, що лежать поруч «над» і «під», їх називають пара-і метабіосферойвідповідно. Але «плівка життя» покриває всю Землю, навіть у пустелях і льодах виявлені сліди живого. Розподіл життя вкрай нерівномірно. У грунті (верхні шари літосфери), гідросферу і нижніх шарах атмосфери - саме велика кількість живої речовини.
Розробка вчення про біосферу має свою історію. Одним з перших дослідників природи, що дивилися на Землю як на ціле, був М.В.. Він писав у роботі «Про шарах земних», що «чорнозем НЕ первісна і не первозданна матерія, але походить від согнітія тварин і зростаючих тел згодом», що буре вугілля, кам'яне вугілля і чорнозем - результати впливу організмів на грунт. Ломоносов дав загальний нарис геології Землі, доводив її старовину як планети. У той час навіть скам'янілості - викопні рештки організмів - далеко не всіма сприймалися як сліди колись колишньої життя. У 1802 р Ламарк в «гідрогеології» вказував на роль живих організмів в геологічних процесах. У книзі А. Гумбольдта «Космос» зібрано багато матеріалу про вплив живого на геологічні структури.
зародження вітчизняної агрохіміїпов'язане з Д.И.Менделєєвим. Він досліджував проблеми живлення рослин і підвищення врожайності
сільськогосподарських культур. Ефективністю мінеральних і органічних добрив займалися А.Н.Енгельгардт і Д.Н.Прянішніков. Виникла на початку XX ст. геохімія виходила з принципів еволюції. грунтовим лесообразованіемзаймався В. А. Обручов, поклавши початок мерзлотоведенію,він вивчав тектоніку і геологію. В. В. Докучаєв своєю роботою «Російський чорнозем» відкрив грунтознавствояк наукову дисципліну, що стоїть на стику геології, біології та хімії. У нього грунт - особливе природне тіло, що має величезне значення для сільського господарства. Він дав першу в світі класифікацію грунтів, виклав вчення про ландшафтно-географічних зонах, розробив плани боротьби з посухою, передбачивши в них ряд агрономічних і лісомеліоративних заходів. Разом з ним працювали М. М. Сибірцев і П. А. Костичев. Сибірцев брав участь у багатьох експедиціях в південні степи Росії, написав перший підручник «Грунтознавство» (1889). Костичев показав зв'язок властивостей ґрунтів з життєдіяльністю рослин і мікроорганізмів, роль людини в зміні цих зв'язків. Він встановив (1886) вирішальну роль нижчих організмів в утворенні перегною (гумусу). Німецький вчений Г.Гельрігер показав досвідченим шляхом симбіоз бобових культур з бульбочкових бактерій (1888), що виявилося важливим в агрономії.
Російський учений В. Р. Вільямc довів роль біологічних факторів (природних співтовариств вищих зелених рослин і мікроорганізмів) в формуванні родючості грунтів. Він першим підкреслив значення біологічного кругообігу елементів у формуванні не тільки органічної, а й мінеральної частини грунтів, розробив наукові основи травопольной системи землеробства (1914). Докучаєв, який викладав мінералогію, визначив життєві інтереси В. І. Вернадського ще в студентські роки. Вернадський досліджував еволюцію мінералів земної кори (1908), створив геохімічну класифікацію хімічних елементів, розробив вчення про міграцію атомів в земній корі, заклав основи генетичного спрямування в мінералогії, і саме загальні проблеми мінералогії і геології привели його до концепції біогеохімії (1917). «Біосфера» Вернадського дає цілісну картину механізму формування земної кори з урахуванням визначального впливу життя.
В. І. Вернадський створив вчення про біосферу як про активну оболонку Землі, в якій сукупна діяльність живих організмів - геохімічний факторпланетарного масштабу і значення. Термін «біосфера», введений (1875) Е. Зюсом, ставився до сукупності організмів, що мешкають на поверхні Землі. У поняття живих організмів Вернадський включив і людини. Він виділяв в біосфері відстале(Сонячна енергія, гірські породи, мінерали і т.д.) і биокосное(Грунту, поверхневі води і органічні речовини). Хоча жива речовина по масі і об'єму становить незначну частину біосфери, воно відіграє основну роль в геологічних процесах, пов'язаних зі зміною нашої планети.
За Вернадським, біосфера - це жива речовина планети і перетворене їм відсталу речовину. Поняття «біосфера» - фундаментальне поняття біогеохімії, а не біологічне і не геологічне. Біосфера організовує процеси на Землі і близько Землі, в ній відбуваються біоенергетичні процеси і обмін речовин внаслідок життєдіяльності. Живий організм - невід'ємна частина земної кори, що може змінювати її. Жива речовина - сукупність організмів, що беруть участь в геохімічних процесах. Організми беруть з навколишнього середовища хімічні елементи, будують з них тіла, повертають їх в ту ж середу і в процесі життя і після своєї смерті. Тому жива речовина зв'язує біосферу воєдино, є системоутворюючим фактором. Зміни в живу речовину відбуваються значно швидше, ніж у відсталому, тому в ньому користуються поняттям історичного часу, а в відсталому - геологічного. В ході геологічних часів зростає міць живої речовини і його впливу на відсталу речовину, і тільки в живу речовину за ці часи відбуваються якісні зміни. І живу речовину, можливо, має свій процес еволюції, незалежно від зміни середовища.
Якщо «життєвий цикл» окремого організму кінцевий і його існування не безмежно, то живе як ціле можна вважати геологічно безсмертним. Геологічно життя вічне, тому якщо окремий індивідуум з часом втрачає можливість здійснювати роботу і припиняє своє існування, то сам процес життя відрізняється безперервним зростанням можливості здійснювати зовнішню роботу. Цю ідею він висловив в трьох принципах, які назвав биогеохимическими:
1 - вільна (биогеохимическая) енергія прагне в біосфері до максимальному прояву;
2 - при еволюції видів виживають ті організми, які своїм життям збільшують вільну енергію;
3 - заселення Землі має бути максимально можливим протягом геологічного часу.
Ці принципи виражають закон тільки живої природи і не суперечать законам термодинаміки. Весь потік живої речовини від найпростіших до найбільш розвинених форм, включаючи розум людини і суспільна праця, Є тією формою руху матерії, де діє закон убування ентропії, тоді як вона росте для неорганічної матерії. І ці два види матерії пов'язані в єдине ціле. Закон зростання ентропії Вернадський успішно застосовував для пояснення космічної еволюції Землі. А народження біосфери розглядав як планетарно-космічний-ний «особливу точку» - якісний стрибок, до якого на поверхні нашої планети переважали процеси неживої природи, А після якого стали переважати процеси в живій при-
роді. Під дією променевої енергії виникає і необоротно розвивається органічне життя.
Вернадський вважав, що життя на Землі виникло одночасно з формуванням планети: «Твари Землі є створенням космічного процесу, необхідною і закономірною частиною стрункого космічного механізму». Серед безлічі закономірностей, що мають місце в біології, геології, біохімії і геохімії, Вернадський виділив основні емпіричні принципи.
1. принцип цілісностібіосфери забезпечується самосогласованності всіх процесів в біосфері. Життя обмежена вузькими межами - фізичними константами, рівнями радіації і ін. гравітаційна сталавизначає розміри зірок, температуру і тиск в них. Якщо вона стане менше, зірки будуть мати менші маси, їх температура стане недостатньою для протікання ядерних реакцій; якщо трохи більше, зірки перейдуть свою «критичну масу», вийдуть із загального кругообігу і перетворяться в чорні діри. Постійна електромагнітної взаємодіївизначає хімічні перетворення, відповідає за електронну оболонку атомів і міцність зв'язків в молекулах. Константа слабкої взаємодії,відповідального за перетворення елементарних частинок, при своїй зміні «підірве» весь наш світ. Константа сильної взаємодії,відповідального за стабільність ядер атомів, теж не повинна змінюватися, інакше в зірках реакції підуть по-іншому, можуть не утворитися вуглець і азот. Та й незрозуміло, чи можлива буде взагалі життя нашого типу.
2. Принцип гармонії біосфери і її організованостіпов'язаний з попереднім. Закони перетворення енергії на Землі, закони руху атомів є відображенням гармонії Космосу, ритмічності руху небесних тіл. Основа існування біосфери - положення Землі в Космосі, нахил земної осі до екліптики, що визначає клімат і життєві цикли всіх організмів. Сонце - основне джерело енергії біосфери і регулятор біологічних процесів. Як зазначив ще Ю. Р. Майєр, «життя є створення сонячного променя».
3. Космічна роль біосфери в трансформації енергії- можна розглядати цю частину живої природи як подальший розвиток одного і того ж процесу перетворення сонячної світлової енергії в дієву енергію Землі. Біосфера є одним і тим же космічним апаратом з найдавніших геологічних часів. Життя весь цей час залишалася постійної, змінювалася лише її форма. Саме жива речовина не є випадковим створенням. Джерела енергії геологічних явищ - космічна, переважно сонячна; планетна, пов'язана з будовою і космічної історією Землі; внутрішня енергія матерії - радіоактивність. Жива речовина активно трансформує сонячну енергію в хімічну молекулярний рух і в складність біологічних структур.
4. розтікання життя- прояв її геохімічної енергії, аналог закону інерції неживої матерії. Дрібні організми розмножуються швидше, ніж великі. Швидкість передачі життя залежить від щільності живої речовини.
5. автотрофніорганізми все потрібне для життя беруть з навколишнього їх відсталої матерії і не вимагають для побудови свого тіла готових з'єднань іншого організму. Поле існування зелених автотрофних організмів визначається перш за все областю проникнення сонячних променів.
6. Космічна енергіявикликає тиск життя, яке досягається розмноженням. Розмноження організмів зменшується в міру зростання їх кількості.
7. Форми знаходження хімічних елементів:гірські породи і мінерали, магми, розсіяні елементи, живу речовину. Земна кора - складний механізм, де постійно рухаються атоми і молекули, відбуваються різноманітні геохімічні кругообіг, що визначаються в значній мірі діяльністю живої речовини. Закон ощадливості у використанні живим речовиною простих хімічних тіл: раз увійшов елемент проходить довгий ряд станів, і організм вводить в себе тільки необхідну кількість елементів.
8. Життя на Землі повністю визначається полем стійкості зеленої рослинності.Межі життя визначаються фізико-хімічними властивостями сполук, що будують організм, їх незруйновністю в певних умовах середовища. Максимальне поле життя визначається крайніми межами виживання організмів. Верхня межа життя обумовлений променистою енергією, присутність якої виключає життя і від якої охороняє озоновий шар. Нижня межа пов'язаний з досягненням високої температури. Інтервал в 432 ° С (від -252 до +180 ° С) є граничним тепловим щитом.
9. Принцип сталості кількості живої речовинив біосфері. Кількість вільного кисню в атмосфері того ж порядку, що і кількість живої речовини (1,5-10 18 кг і 10 17 -10 18 кг). Швидкість передачі життя не може перейти межі, що порушують властивості газів. Йде боротьба за потрібний газ.
10. Будь-яка система досягає стану стійкого равнове
ця,коли її вільна енергія дорівнює нулю або наближає
ся до нього, т. е. коли вся можлива в умовах системи робота про
Виведи. Поняття стійкого рівноваги виключно важливо.
Антропний принцип,висунутий Г.М.Ідлісом (1958), пов'язаний з першим з перерахованих тут принципів Вернадського і складається в точній відповідності значень світових констант з можливостями існування життя. Дивовижна узгодженість ряду величин справляє враження, що може існувати прихований принцип, що упорядковує весь Всесвіт. До цього
фактом зверталися дуже багато. Зараз його формулюють у двох варіантах - слабкому і сильному. Як висловився відомий американський фізик Дж. Дійсно: «Якщо ми придивимося до Всесвіту і побачимо, як багато випадковостей послужили нам на благо, то здається майже, що Всесвіт знала, що ми з'явимося». Це - одне з формулювань слабкого принципу, в англійській літературі - WAP. Але він не відповідає на багато питань, наприклад, чому Всесвіт така, що допустила зародження життя. А, може, не потрібно створювати теорій, які не допускають існування спостерігача? Сильний принцип - виникнення життя закономірно у Всесвіті, але, може, поява спостерігача і є мета еволюції Всесвіту?
Геологічну роль живого Вернадський класифікував за п'ятьма категоріями: енергетична, концентраційна, деструктивна, средообразующая, транспортна. Живі організми творять міграцію хімічних елементів в біосфері за допомогою свого дихання, харчування, обміну речовин, безперервною зміною поколінь. Биогеохимическая енергія живого є джерелом енергії перетворення геосфер.
Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ДЕРЖАВНА БЮДЖЕТНА освітня установа вищої професійної освіти
Санкт-Петербурзький державний економічний університет
Кафедра регіональної економіки та природокористування
З навчальної дисципліни «Вчення про біосферу»
Контрольна точка №2
Реферат на тему:
«Космічні передумови формування Землі і біосфери»
виконали:
Луковникова Тетяна Сергіївна
Сахнова Анна Олексіївна
студентки 1 курсу
групи ЕП-1301
Спеціальність: Екологія та природокористування
викладач:
Іванов Микола Семенович
Санкт-Петербург, 2014 р
Вступ
формування Землі
Формування біосфери Землі
організованість біосфери
Ноосфера. Нова еволюційна стадія біосфери
висновок
Список літератури
космічний об'єкт біосфера ноосфера земля
Вступ
Виникнення життя і біосфери являє собою найбільшу проблему сучасного природознавства, яка ще чекає свого рішення. Як зазначив видатний російський палеонтолог академік Б.С. Соколов, навіть на "божевільний" питання "що древнє: Земля або життя на ній?", Суворо кажучи, ми не можемо дати певної відповіді. Більшість авторів гіпотез про походження життя на Землі допускали, що протягом величезного проміжку часу планета наша після виникнення 4,55 млрд років тому була млявою, і на її поверхні, в атмосфері і океані відбувався повільний абіогенний синтез органічних сполук, який привів до утворення перших примітивних організмів. Встановилося майже традиційне уявлення про те, що на Землі відбувалася тривала хімічна еволюція, що передує біологічної і охопила інтервал часу не менше 1 млрд років. З'явилися і інші, протилежні, уявлення про надзвичайну тривалості існування життя на Землі. Вони були висловлені В. І. Вернадським і рядом інших великих вчених і підтверджуються сучасними дослідженнями в області палеонтології і палегеохіміі. Можливо, Земля і життя на ній - майже ровесники, і тому краще говорити про появу життя на Землі, а не про її походження. Найбільш древнім ділянкою земної кори є комплекс Ісуа в Західній Гренландії, вік якого 3,8 млрд років. Осадкообразованіе цього комплексу почалося ще раніше, не менше 4 млрд років тому. У гірських породах Ісуа виявлені явні сліди геохімічного характеру, які вказують на існування життя в ті далекі часи. Вони знаходять своє вираження в ізотопний склад вуглецю, в наявності окисленого заліза, облога під впливом вільного кисню від фотосинтезу тих часів.
формування Землі
Навколосонячними космос в результаті вибухів - спалахів був заповнений пилом, дрібними і великими уламками Тіла, атомами і сполуками водню, вуглецю, азоту, кисню. Мантія Тіла, роздроблена внутрішніми силами, що виникли при гальмуванні Тіла крайніми шарами Сонця, на фрагменти, пройшла крізь крайні шари Сонця, зменшила швидкість і втратила понад 99,9% маси. Рой більших фрагментів, долаючи тяжіння Сонця, за інерцією пішов від нього на відстань ~ 180 млн. Км, і став звертатися навколо Світила із середньою швидкістю ~ 27 ± 1 км / с.
Більші фрагменти мантії стали численними центрами тяжіння прапланетного речовини, що обертається навколо загального центру мас і утворив прапланету (в подальшому планету) Земля. Весь політ речовини на граничне видалення зайняв 100 - 200 діб.
За цей час речовина згуртувалося в велике число великих і малих супутників (метеорних конгломератів), які оберталися навколо загального центру мас. Повертаючись до Сонця під дією сили його гравітаційного тяжіння (падаючи), прапланета відхилилася від нього на 50 - 100 мільйонів кілометрів і закрутилася навколо Сонця по витягнутій еліпсовою орбіті.
При цьому, хоча повна енергія Планети (кінетична + потенційна) щодо Сонця відповідає потенційної енергії граничного видалення (~ 300 млн. Км), Праземлі спочатку, т. Е. 4,5 млрд. Років тому, «вирвавшись» з «обіймів» Зірки , вже мала значну орбітальну швидкість (~ 27 ± 1км / с), і середній радіус орбіти (~ 180 ± 10 млн. км).
Однак слід зауважити, що на відстані ~ 200 млн. Км від Сонця проходить межа його ефективного тяжіння, т. Е. Об'єкти з меншим радіусом кругового звернення наближаються до Сонця, а з великим радіусом - віддаляються від нього.
Ця обставина дозволяє скласти судження про максимальний первинному радіусі орбіти Землі. Більш ретельні розрахунки уточнять ці параметри.
Небесні тіла (місяця і метеори), які становлять Праземлі, зближувалися, стикалися, дробилися і остаточно формували планету - Землю. Укрупнення Планети тривало близько трьох - чотирьох мільярдів років ...
При формуванні Планети формувався і обертальний момент, напрямок якого хоча було випадковим при падінні - зіткненні з кожним тілом, але сумарно збігалося з напрямком відхиляє швидкості, загальним для планет. В результаті цього Планета стала обертатися навколо власної осі. Величина моменту обертання була такою, що швидкість обертання Планети при завершенні формування була багато більше, ніж в Дотепер (далі Н. В.).
Як наслідок обертання, на Землі стала відбуватися зміна дня і ночі, т. Е. Сформувалися добу. Тривалість доби Планети спершу була значно коротшою (4 -6 годин), ніж в Н. В. З укрупненням Планети обертання сповільнювався, і добу ставали довшими (в Н. В. ~ 24 години).
Внаслідок того, що всі планети походять від одного Тіла, напрямок обертання Землі та інших планет сонячної системи навколо Сонця (звернення планет) направлено в одну сторону. Час обертання Землі навколо Сонця назвали РІК.
Кут нахилу осі обертання Землі до площини орбіти визначив розподіл погоди в Північному і Південному півкулях на зиму і літо, а перехідні періоди - на весну і осінь.
Примітка:
1) Причини особливості обертання деяких планет навколо власних осей розглянуті в зошиті «Освіта Сонячної системи».
2) Уповільнення обертання Землі (збільшення добового періоду обертання) люди вже помітили. Прискорення обертання Землі навколо Сонця поки не знайшло відображення в популярній літературі; скорочення зоряного року в Н. В. очікується в межах ~ 0,0001 с / рік. Визначити таке скорочення періоду при сучасному рівні розвитку науки і техніки можливо.
3) Середня відстань планети Земля від Сонця від освіти до Нашого Часу зменшилася на 25 ± 5 млн. Км (відповідно зменшилася довжина орбіти і період обертання).
Температура фракцій, які формують Землю, на початку формування була високою, а в результаті зіткнень зближуються тел і стиснення піднялася до декількох тисяч градусів. При достатньому розігріві речовини плавилися, розкладалися на складові хімічні елементи. Важкі (з більшою питомою щільністю) елементи опускалися до центру Планети і формували ядро. Більш легкі елементи утворювали з'єднання з меншою питомою щільністю і дрейфували (і дрейфують) до поверхні Планети, утворюючи магму, мантію і кору. Гази утворили атмосферу, глинозем утворили земну кору. Підставою кори послужили базальти і граніти, які, будучи менш щільними, спершу утворили острова в море розпеченої магми, верхній шар якої ставав мантією і покривався корою.
У початковий період формування Земля була оповита більш щільною атмосферою, ніж в Н. В., основу якої становив водяна пара, що здійснював конвективний теплоперенос між гарячою поверхнею планети і космосом. Нижню частину атмосфери становили азот, двоокис вуглецю і всілякі газоподібні оксиди, перемішують опадами. Значну роль в геоморфології відіграла наявність води і розчиненої в ній вуглекислоти. Розчинність солей з пониженням глобальної та місцевої температури знижувалася, що призвело до відкладень солей і утворення родовищ.
У початковий період утворення Землі вільного кисню не було. Вільний кисень з'явився в зв'язку з утворенням вуглеводнів, які з'єднали більшу частину водню, і в зв'язку з розкладанням пара сонячним випромінюванням і планетної втратою протонів (т. Е. Втратою водню).
Поступово земна кора стала товщі, однак вона порушувалася при падінні на Землю, що обертаються навколо неї космічних тіл. Залежно від щільності складових порід метеорити залишали в земній корі воронки різної глибини. Тіла рідко падали прямовисно, а в більшості - під кутом і навіть під гострим кутом до горизонту, утворюючи ложа морів і озер і згрібаючи земну кору складками (гармошкою), споруджуючи прилеглі у напрямку польоту гірські кряжі. Сила земного тяжіння спочатку була значно менше (була менше маса Землі), тому гори утворювалися більш крутими.
При падінні на Землю великих тел ( «лун») їх фракції з високою щільністю пробивали кору і занурювалися в мантію, утворюючи великі воронки, оточені гребенями і складками гір. Під поднятиями земної кори (куполами), оточуючими місця падіння лун, збиралися речовини з низькою щільністю. Тріщини в куполах послужили основою освіти вулканів, «клапанів», що випускають легкі речовини з надр Землі і грає помітну роль в геоморфології. У початковий період формування вулканічна діяльність була багато вище, ніж в Н. В.
З охолодженням твердої Планети (кори) до температури конденсації води утворилася гідросфера. Майже вся поверхня була покрита теплою водою ... Утворився Первинний (Древній) океан. У початковий період рівень світового океану був на 5-8 км вище твердої поверхні. З укрупненням Планети збільшувалася площа поверхні, і, відповідно, зменшувалася глибина океану.
Примітка:
Наявність значної товщі води над твердою поверхнею мало велике значення при формуванні Планети:
1) Падаючі тіла, як правило, дробилися при ударі об водну поверхню, і осідали на дні океану. Це призводило до розсіювання випали продуктів (чим менше щільність породи, тим більше площа розсіювання) і укрупнення планети зовні. Наслідком цього є осадова слоистость порід.
При падінні великих тел менш щільні породи розсіювалися, а більш щільні пробивали кору і занурювалися в магму, збільшуючи Планету зсередини. Збільшення внутрішнього обсягу є причиною зростання напруги в земній корі і її розломів.
2) Метеорити спершу контактували з водною поверхнею і витрачали велику кількість енергії на випаровування води. Дана обставина дозволяє припустити, що температура магми обмежена кількома тисячами градусів (т. Е. Нижче, ніж передбачалося раніше).
Формування біосфери Землі
Існування всіх живих організмів нерозривно пов'язане з навколишнім світом. В процесі своєї життєдіяльності живі організми не тільки споживають продукти навколишнього середовища, а й докорінно перетворюють природу. У природознавстві вивчення життя як цілісного феномена в його тісному зв'язку з навколишньою природою одержало назву вчення про біосферу.
Термін «біосфера» був введений в науковий обіг австрійським геологом Едуардом Зюссом, який мав на увазі під ним сукупність живих організмів, що мешкають на нашій планеті. У цьому його значенні поняття «біосфера» не приймало до уваги зворотного впливу біосфери на навколишнє середовище.
Поступово, на основі спостережень, експериментів і дослідів, вчені приходять до переконання, що живі організми також впливають на фізичні, хімічні та геологічні чинники навколишнього світу. Результати їх досліджень негайно позначилися при вивченні загальних проблем впливу біотичних (живих) факторів на абіотичні (фізичні) умови. Так виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному ґрунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють навіть склад нашої атмосфери. Всі ці приклади свідчать про наявність зворотного зв'язку між живою і неживою природою, в результаті якої жива речовина значною мірою змінює лик нашої планети. Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з одного боку, залежить, а з іншого - сама впливає на неї. Тому в сучасній науці під біосферою розуміється сукупність всіх живих організмів разом із середовищем проживання, в яку входять: вода, нижня частина атмосфери і верхня частина земної кори, населена мікроорганізмами. Два головні компоненти біосфери - живі організми і Середовище їх проживання - безперервно взаємодіють між собою і знаходяться в тісному, органічному єдності, утворюючи цілісну динамічну систему.
Розвиток біосфери Землі можна розглядати як послідовну зміну трьох етапів (рис. 13).
Перший етап - відновний - почався ще в космічних умовах і завершився на Землі появою гетеротрофною біосфери. Для першого етапу характерна поява малих сферичних анаеробів (рис. 13, а). Присутні тільки сліди вільного кисню. Ранній спосіб фотосинтезу був, по суті, анаеробним. Розвинулася фіксація азоту, оскільки частина ультрафіолетової радіації проникала через атмосферу і швидко розкладала присутній аміак.
Другий етап - слабоокіслітельний - відзначений появою фотосинтезу. Він тривав до завершення накопичення опадів смужчатих залізистих формацій докембрію. Аеробний фотосинтез почався предками ціанобактерій. Кисень проводився організмами, що будують строматоліти (рис. 13, б). Але кисень мало накопичувався в атмосфері, так як реагував з залізом, розчиненим у воді. При цьому оксиди заліза осаджувалися, утворюючи смугасті залізисті формації докембрію. Тільки коли океан звільнився від заліза та інших полівалентних металів, концентрація кисню почала зростати у напрямку до сучасного рівня.
третій етап характеризується розвитком окислювальному фотоавтотрофної біосфери. Він почався з завершення відкладень смужчатих залізистих кварцитів близько 1800 млн років тому, в епоху Карельський-Свекофенского орогенеза. Для цього етапу розвитку біосфери характерна наявність такої кількості вільного кисню, якого достатньо для появи і розвитку тварин, які споживають його при диханні.
Останні два етапи в розвитку біосфери фіксовані в кам'яного літопису геологічної історії. Перший етап - найбільш далекий і загадковий, і розшифровка його історії пов'язана з вирішенням основних проблем органічної космохімії.
Деякі організми раннього докембрію, що відносяться до синьо-зелених водоростей і піанобактеріям, мало змінилися в ході геологічної історії. Можна вважати, що найпростіші організми володіли найбільш стійкою персистентного (від латинського persiste - завзятість). По суті, протягом всієї історії Землі не було причин для того, щоб деякі морські мікроорганізми, зокрема синьо-зелені водорості і бактерії, сильно змінилися.
У процесі формування біосфери, приблизно 1 млрд. Років тому відбувся поділ живих істот на два царства-рослини і тварин. Як вважає більшість біологів, відмінність між ними потрібно робити за трьома підставами: 1) за структурою клітин і їх здатності до зростання; 2) за способом харчування; 3) за здатністю до руху.
При цьому віднесення живої істоти до однієї з цих частин слід проводити не за кожним окремим основи, а за сукупністю всіх трьох. Це пов'язано з тим, що між рослинами і тваринами існують перехідні типи, які мають властивості тієї й іншої групи. Так, наприклад, корали, молюски, річкова губка все життя залишаються нерухомими, як рослини, але за іншими ознаками їх відносять до тварин. Існують комахоїдні рослини, які за способом харчування ставляться до тварин. У біології відомі також перехідні типи живих організмів, які харчуються як рослини, а рухаються як тварини. В даний час на Землі існує 500 тис. Видів рослин і 1,5 млн. Видів тварин, в тому числі хребетних - 70 тис., Птахів - 16 тис., Ссавців - 12540 видів.
Формування і розвиток біосфери постає як чергування етапів еволюції, що перериваються стрибкоподібними переходами в якісно нові стани. В результаті при цьому утворювалися все більш складні і впорядковані форми живої речовини. В історії біосфери бували тимчасові зупинки прогресивного розвитку, але вони ніколи не переходили в стадію деградації, повороту розвитку назад. Щоб переконатися в цьому, досить подивитися на основні віхи в історії розвитку біосфери:
Поява найпростіших клітин-прокаріотів (клітки без ядра);
Поява значно більш організованих клітин-еукаріотів (клітини з ядром);
Об'єднання клітин-еукаріотів з утворенням багатоклітинних організмів, функціональна диференціація клітин в організмах;
Поява організмів з твердими скелетами і формування вищих тварин;
Виникнення у вищих тварин розвиненою нервової системи і формування мозку як органу збору, систематизації, зберігання інформації і управління на її основі поведінкою організмів;
Формування розуму як вищої форми діяльності мозку;
Освіта соціальної спільності людей - носіїв розуму. Вершиною спрямованого розвитку біосфери стала поява в ній людини. В ході еволюції Землі на зміну періоду геологічної еволюції прийшов період геолого-біологічний, який з появою людини поступився своїм місцем періоду соціальної еволюції. Найбільші зміни в біосфері Землі настали саме в цей період. Поява і розвиток людини ознаменувало перехід біосфери в ноосферу - нову оболонку Землі, область свідомої діяльності людства.
організованість біосфери
Концепція В.І. Вернадського про біосферу як планетарної організації, що є закономірною частиною космічної організованості. Кібернетичні принципи організації біосфери; ієрархічний порядок організації субординації живої природи Л. Берталанфі і загальна теорія систем; роботи по біокібернетики І.І. Шмальгаузена і А.Н. Колмогорова. Просторова і тимчасова організації біосфери, явища 11сімметріі в життєвих процесах. Екоінформатіка і алгоритмічний підхід до інформації в біологічних системах. Механізми самовідтворення живих систем на різних рівнях системної організованості (молекулярному, клітинному, організмовому, популяційному, екосистемному, біосферному). Організація біосфери і космос, планетні-космічні основи організації життя, космічні витоки виникнення і еволюції біологічної організації, а також первинної біогеосфери.
Просторова організація біосфери, тимчасова організація і синхронізація процесів в биосистемах, структурно-функціональна організація біосфери.
Поширення живої речовини в біосфері і його вплив на властивості основних компонентів географічної оболонки. Межі біосфери. Поле стійкості і поле існування життя. Вага і обсяг біосфери. Структура біосфери на термодинамічній рівні. Структура біосфери на фізичному, хімічному та біологічному рівнях організованості. Парагенетичну рівень організованості біосфери. Подання про биогеоценотическом покриві Землі. Коеволюция атмосфери, літосфери, гідросфери та біосфери. Природні чинники глобальних впливів на біосферу.
Ноосфера. Нова еволюційна стадія біосфери
Биогеохимическая діяльність людини і її геологічна роль. Масштаби впливу людини на біосферу. Локальне і глобальне зміни природного організованості біосфери. Автотрофность людства.
Становлення перехідної біосферному-ноосферної спільності: порушення газового і теплового балансу біосфери, ерозія земель, екологічне забруднення середовища. Великі міста як ноосферні центри.Формірованіе елементів нової ноосферної організованості (людство стає єдиним цілим).
Перетворення засобів зв'язку та обміну. Відкриття нових джерел енергії. Рівність всіх людей. Виключення війн з життя суспільства. Наукова думка - головна передумова переходу біосфери в ноосферу. Моральна сила розуму.
Концепції ноосфери Е. Леруа, П'єра Тейяра, Де Шардена та В.І. Вернадського. Риси подібності та відмінності. Матеріальність процесу переходу біосфери в ноосферу. Історична неминучість трансформації біосфери в ноосферу.
Поняття про що складається біосферному-ноосферної цілісності. Керуючий природно-народногосподарський (ноосферний) комплекс і його складові. Природне середовище (біосфера). Господарська (технологічна) сфера. Соціально-культурна сфера. Структурна модель ноосферного комплексу. Роль інформаційної складової. Ноосферні знання і бази даних. Ноосферна концепція як основа наукового управління. Біосферному-ноосферне вчення В.І. Вернадського - науковий фундамент глобальної та соціальної екології. Глобальні екологічні проблеми як результат порушення сформованої організованості біосфери.
Коеволюційний характер розвитку суспільства і природи на сучасному етапі розвитку біосфери. Питання екологічного прогнозування. Екологічна оцінка природного середовища та можливих антропогенних наслідків з метою оптимізації біосфери.
висновок
Отже, біосфера грає важливу роль в розподілі енергетичних потоків на Землі. У рік до Землі доходить близько 1024 Дж сонячної енергії; 42% з неї відбивається назад в космос, а решта поглинається. Іншим джерелом енергії є тепло земних надр. 20% енергії переизлучается в світовий простір у вигляді тепла, 10% витрачається на випаровування води з поверхні Світового океану. Зелені рослини перетворять в процесі фотосинтезу близько 1022 Дж на рік, поглинають 1,7 108 т CO2, виділяють близько 11,5 107 т кисню і випаровують 1,6 1013 т води. Зникнення рослин призвело б до катастрофічного накопичення вуглекислоти в атмосфері, і через сотню років життя на Землі в її нинішніх проявах загинула б. Поряд з фотосинтезом в біосфері відбувається майже таке ж за масштабами окислення органічних речовин в процесах дихання і розкладання. В організмах містяться всі відомі сьогодні хімічні елементи. Якщо деякі з них (водень, кисень, вуглець, азот, фосфор і інші) є основою життя, то інші (рубідій, платина, уран) є в організмах в дуже малих кількостях. Організми беруть участь в міграції хімічних елементів як прямо (виділення кисню в атмосферу, окислення і відновлення різних речовин в грунтах і гідросфері), так і опосередковано (відновлення сульфатів, окислювання сполук заліза, марганцю та інших елементів). Біогенна міграція атомів викликана трьома основними процесами: обміном речовин, зростанням і розмноженням організмів. Величезну роль в біогеохімічної активності грає людина, витягуючи щодня в ході видобутку корисних копалин мільярди тонн гірської породи. Вплив людини на глобальні геохімічні процеси з кожним роком тільки зростає. Тому необхідно знати звідки з'явилася біосфера, коли це сталося, і яким чином відбувалося її розвиток.
Список літератури
1.Войткевіч Г. В. Космохіміческіе основи зародження життя // 3емля і Всесвіт. 1986. № 5. С. 84-90.
2.Клауд П. Біосфера // Світ науки. 1983. № 11. С. 102-113
3.Статья Неручаева Н.Г. http://www.biosphere21century.ru/articles/208
Розміщено на Allbest.ru
...подібні документи
Поняття біосфери як оболонки Землі, її склад і структура. Особливості вчення про біосферу В.І. Вернадського. Взаємозв'язок еволюції біосфери з еволюцією форм живої речовини. Ресурси біосфери - особливий компонент природного середовища. Межі стійкості біосфери.
реферат, доданий 13.04.2014
Поняття і еволюція біосфери. Ресурси біосфери. Межі стійкості біосфери. Сучасна діяльність людини багато в чому нанесла непередбачений шкоди навколишньому середовищу, що в кінцевому підсумку загрожує подальшому розвитку самого людства.
реферат, доданий 17.10.2005
Освіта екосистем живими істотами. Освіта планетарної екосистеми. Сукупність живих організмів планети. Склад і будова біосфери. Втручання людини в природні процеси. Властивість саморегуляції біосфери. Основна маса живої речовини.
презентація, доданий 21.05.2012
Загальна характеристика концепції сучасного природознавства. Землі відмінностей від інших планет Сонячної системи. Аналіз роботи В.І. Вернадського по співвідношенню форм руху матерії. Поняття і сутність ноосфери і біосфери, їх робота і взаємодія.
контрольна робота, доданий 20.12.2008
Вчення В.І. Вернадського про біосферу. Ноосфера як нова стадія еволюції біосфери. Статичні і динамічні показники популяції. Тривалість життя, зростання чисельності популяції. Вивчення процесу урбанізації. Екологічні обов'язки громадян.
контрольна робота, доданий 24.02.2010
Визначення біосфери як общепланетной оболонки. Маса біосфери. Географічна оболонка. Освіта живих речовин і їх розпад. Кругообіг кисню, вуглецю, азоту, фосфору і води. Замкнуте коло взаємозалежних і взаімопріспособленіе організмів.
реферат, доданий 09.03.2009
Розробка російським вченим, академіком В.І. Вернадським вчення про біосферу. Визначення меж біосфери. Забезпечення життя на Землі. Найважливіші компоненти біосфери. Елементарна структурна одиниця біосфери. Основні положення теорії В.І. Вернадського.
презентація, доданий 12.10.2014
Сутність поняття "ноосфера". Становлення наукових знань. Умови переходу біосфери в ноосферу, їх виконання в сучасному світі. Екологізація західної свідомості. Положення ноосферного світогляду по А.К. Адамову. Основні цінності ноосферізма.
реферат, доданий 20.11.2010
Цілісне вчення про біосферу, створене російським біогеохімік і філософом Володимиром Івановичем Вернадським. Здатність біосфери повертатися в початковий стан після будь-яких збурюючих впливів. Концепція біотичної регуляції і рівноваги біосфери.
реферат, доданий 15.06.2017
Вчення В.Н. Вернадського про біосферу, як про активну оболонці землі. Зв'язок геологічних процесів в біосфері з діяльністю живої речовини. Залежність існування біосфери від умов, створених геологічними процесами. Проблеми біосфери сьогодні.
