Характеристика биосферы и её структурных единиц

СОДЕРЖАНИЕ 

   Введение

1. Понятие биосферы и её строение
1. Сущность биосферы
2. Характеристика биосферы
3. В.И. Вернадский и биосфера
4. Эволюция биосферы
1. Космическая роль биосферы в трансформации энергии
2. Эволюция биосферы
5. Глобальная экология

Заключение 

Список литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

              Введение

Существуют  два основных определения понятия  биосфера», одно из которых известно со времени появления в науке  данного термина. Это понимание  биосферы как совокупности всех живых  и неживых организмов на Земле. Ученик Докучаева, создателя учения о почвах, В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие  биосферы. Он понимал биосферу как  сферу единства живого и неживого.

       Такое толкование определило взгляд Вернадского  на проблему происхождения жизни  на Земле. Рассматривались следующие  варианты: 1) жизнь возникла до образования  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 нет убедительных научных данных о том, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

       Под биосферой, таким образом, Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в  которой все процессы протекают  под прямым воздействием живых организмов. В дальнейшем Вернадский развил данное понимание биосферы и определил  её структуру. 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Понятие биосферы  и ее строение 

     1.1 Сущность биосферы 

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

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

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

Строение Земли, по В.И. Вернадскому, есть согласованный  механизм.

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

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

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

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

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

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

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

7) пределы жизни  определяются физико-химическими  свойствами соединений, строящих  организм, их неразрушимостью в  определенных

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

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

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

        2.   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). Однако задолго  до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая  оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими  естествоиспытателями.

       Первоначально под всеми этими терминами  подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей  планете, хотя иногда и указывалась  их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при  этом скорее обращалось внимание на зависимость  живой природы от сил и веществ  неорганической природы. Даже автор  самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

       Первым  из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в  образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все  вещества, находящиеся на поверхности  земного шара и образующие его  кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

       Факты и положения о биосфере накапливались  постепенно в связи с развитием  ботаники, почвоведения, географии  растений и других преимущественно  биологических наук, а также геологических  дисциплин. Те элементы знания, которые  стали необходимыми для понимания  биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая  изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а  ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

       Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:

• автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
• гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
• миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

       Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

       Биосфера  охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

       Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим  пространством; через атмосферу  осуществляется обмен вещества и  энергии 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 высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

       Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^–, S, C.  Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

       Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

       Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. 

       Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в  главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении  земная кора – это “царство”  кислорода, химически связанного в  ходе геологического развития земной коры.

       Постепенно  идея о тесной взаимосвязи между  живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и  их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы  все настойчивее проникала в  сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому  способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей  к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов  природы с позиций отдельных  научных дисциплин оказывается  неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

       Результаты  такого подхода незамедлительно  сказались при исследовании общих  проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью  морских организмов. Растения, живущие  на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число  подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют  о наличии обратной связи между  живой и неживой природой, в  результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей  Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой  природы, от которой она, с одной  стороны зависит, а с другой –  сама воздействует на нее. Поэтому перед  естествоиспытателями возникает задача – конкретно исследовать, каким  образом и в какой мере живое  вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может  дать ясное и глубокое представление  о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой  выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945).