Тема:Биосфера. Учение Вернадского о биосфере.
1. Эволюция биосферы.
2. Учение Вернадского о биосфере.
3. Эмпирические обобщения Вернадского.
4. Концепция ноосферы.
5. Классификация природных ресурсов
Все природные экосистемы (биогеоценозы) связаны между собой и вместе образуют живую оболочку Земли, которую можно рассматривать как самую большую экосистему.
Биосфера (сфера жизни) — оболочка Земли, населённая живыми организмами.
Биосфера — целостная, сложно организованная система, развивающаяся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических.
Биосфера — продукт эволюции Земли.
Выдающийся русский ученый В. И. Вернадский, один из создателей современного учения о биосфере, выделил компоненты биосферы. Биосфера включает в себя:
1. живое вещество, т. е. совокупность всех живых организмов (растения, животные, грибы, микроорганизмы);
2. биогенное вещество — органоминеральные или органические продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть);
3. биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (водой, атмосферой, горными породами), — почвенный покров;
4. косное (мёртвое) вещество, образованное процессами, в которых живые организмы не участвуют (изверженные горные породы, космическая пыль и т. п.).
Состав биосферы и её основные свойства определяются взаимодействием её биотического (живого) и абиотического (неживого) компонентов.
Биосфера характеризуется разнообразием природных условий, зависящих от широты и рельефа местности, от сезонных изменений климата. Но основная причина этого разнообразия — деятельность самих живых организмов.
Между организмами и окружающей их неживой природой происходит непрерывный обмен веществ, и поэтому разные участки суши и моря отличаются друг от друга по физическим и химическим показателям.
Учёные считают, что на Земле обитает от 2 до 5 млн видов живых организмов; каждый вид объединяет миллионы и миллиарды особей, определённым образом распределённых в пространстве. Каждый вид по-своему взаимодействует с окружающей средой. Деятельность живых организмов создаёт удивительное разнообразие окружающей нас природы. Это разнообразие служит гарантией сохранения жизни на Земле.
ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ
Возникновение жизни на земле и биосферы на земле. (гипотезы)
Существует несколько гипотез о происхождении т.к. среди ученых нет единого мнения. Классифицировать их можно следующим образом:
1. а) по принципу, что идея (разум) первично, а материя вторично (идеалистическое)
б) по принципу, что материальное первично, а идеи и разум вторичны (материалистическое)
2. по принципу, что жизнь существовала всегда, и будет существовать вечно (гипотезы стационарного состояния)
3. по принципу, что живое только от живого (биогенеза) или возможно само зарождение живого от не живого (абиогеноза)
4. по принципу, что жизнь на земле была занесена из космоса (гипотеза панспермии)
Самые известные:
1. Жизнь была занесена творцом (идея разума)
2. Стационарного состояния жизнь и сама вселенная существовали всегда, и будут существовать вечно. Т.к. не имеющее начала не имеет и конца и вместе с тем существуют отдельные тела и образования (звезды, планеты, и.т.д.) ограниченно во времени. Они возникают, рождаются и погибают. Общепризнанной теорией образования вселенной является теория большого взрыва, согласно которой вселенная существует ограниченное время, она существует около 15 млрд лет.
3. Гипотеза панспермии.
Жизнь на земле была занесена из космоса и прижилась здесь после того, как на земле сложились благоприятные для этого условия. Вопрос о том, как возникла жизнь в космосе в силу объективных трудностей его решения, отодвигается на неопределенный срок. Она могла бы быть создана творцом, существовать всегда или возникнуть из неживой материи. В 1924 году А.И.Опарин высказал предположение, что живое возникло на Земле из неживой материи, в результате химической эволюции (сложных химических преобразований молекул) этому событию благоприятствовали сложившиеся на Земле условия. В 1953 году С.Миллер в лабораторных условиях получил ряд органических веществ из неорганических соединений. Была доказана принципиальная возможность неорганического пути образования биогенных органических соединений, но не живых организмов. А.И.Опарин полагал, что органические вещества могли создаваться в первичном океане из простых неорганических соединений. В результате накопления в океане органических веществ образовался “первичный бульон”. Затем, объединяясь, белки и другие органические молекулы образовали капли коацерватов, которые служили прообразом клеток. Капли коацерватов подвергались естественному отбору и эволюционировали.
1-е организмы были гетеротрофными. По мере исчерпания запаса, “первичного бульона” возникли автотрофы. С точки зрения теории вероятности, вероятность синтеза сверхсложных био молекул при условии случайных соединений их составных частей крайне низка.
К настоящему времени ни одна из существующих теорий прямыми доказательствами не обладает.
УЧЕНИЕ ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ
Биосфера – совокупность живых организмов на земле. По Вернадскому – биосфера – сфера единства живого и неживого. На основании уже выше изложенного, существует несколько вариантов происхождения жизни на Земле:
1. Жизнь возникла до образования Земли и была занесена на нее;
2. Жизнь зародилась после образования Земли;
3. Жизнь возникла с формированием Земли.
Вернадский считал, что нет убедительных научных данных, что живое когда-либо не существовало на Земле. Под биосферой Вернадский понимал оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов.
Вернадский сформировал три биологических принципа:
1. Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к своему максимальному проявлению;
2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию в биосфере устойчивых форм и размеров жизни, идет в направлении, усиливающем биологическую миграцию атомов.
3. Живое вещество находится непрерывно в общении с окружающей его средой, создается и поддерживается на Земле космической энергией Солнца.
Эти принципы соотносятся со следующими выводами Вернадского:
1) Начала жизни в том космосе, который мы наблюдаем, не было, поскольку не было начала этого космоса, жизнь вечна поскольку вечен космос и всегда передавалась путем биогеоценоза (от живого к живому).
2) Жизнь извечно присущая вселенной явилась новой на земле. Ее зародыши приносились из вне постоянно, но укрепились на земле лишь при благоприятных условиях.
3) Жизнь на земле была всегда, пока существовала планета. Это лишь время существования на ней жизни. Жизнь геологически вечно планетарная величина. Возраст планеты не определим
4) Жизнь никогда не была чем-то случайным, ютящимся на каких-то отдельных оазисах. Это противоречит расчетам, сделанным Вернадским о скорости захвата организмами пространства: для бактерий она сравнима со скоростью звука в воздушной среде. Вся загадочность тезиса о всегдашней оживленности планеты связана со словом всегда, т.е. понятием времени. Вернадский подчеркивал, что все характеристики жизни и времени совпадают: жизнь и время необратимы, они всегда направлены одинаковым образом из прошлого в будущее. Время биологически содержательно, Оно строится причинно обусловленными событиями: сменой поколений. Мерными единицами биологического времени Вернадский считал делящиеся бактерии. Он утверждал, что мы не имеем права говорить о времени до создания биосферы. “Всегда без жизни нет, а есть другие формулы времени, которые нам существам, принадлежащим биологическому времени, не столь близки и понятны”
5) Древнейшие формы жизни - дробянки способные выполнять функции в биосфере, значит, возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. Вероятно, что таковая и была в прошлом (дробянки-сине-зеленные водоросли и бактерии, в них нет хромосом, нет полового процесса размножения).
6) Живое вещество не могло произойти от косного, между этими 2-я состояниями материи нет не каких промежуточных ступеней. Напротив, в результате воздействия жизни происходила эволюция земной коры.
ЭМПЕРИЧЕСКОЕ ОБОБЩЕНИЕ ВЕРНАДСКОГО
1. Принципы целостности биосферы. Строение Земли есть согласованный механизм. “Твари земли являются созданием космического процесса, необходимой закономерной частью встроенного космического механизма” Само вещество (живое) не является случайным созданием
2. Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере по Вернадскому “все учитывается и все приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением меры и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии”.
3. Закон биогенной миграции атомов в биосфере, т.е. в биосфере миграция хим. элементов происходит при непосредственном участии живых организмов.
4. Всюдность жизни в биосфере. Жизнь, постепенно приспосабливаясь, захватила биосферу.
5. Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел. Раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний и вводит в себя только необходимое количество элементов. Формы нахождения химических элементов:
1. Горные породы и минералы
2. Магмы
3. Рассеянные элементы
4. Живое вещество
6. Постоянное количество живого вещества в биосфере. Количество кислорода того же порядка (1.5•10-21г) что и живого вещества (1020 -1021 г), причем это справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, это следует из того, что живое вещество является посредником между солнцем и землей.
7. Никогда не наблюдается зарождение живого от неживого.
8. В геологической истории нет эпох, в которых не существовала бы жизнь
9. Современное живое вещество генетически родственно всем прошлым организмам
10. В современную эпоху живое вещество также влияет на химический состав земной коры, как и в прошлые эпохи. Биосфера в основных своих чертах представляет собой один и тот же хим. аппарат, самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма.
КОНЦЕПЦИЯ НООСФЕРЫ.
Ноосфера - мыслящая оболочка, сфера разума, высшая стадия развития биосферы, сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная деятельность человека становится главным определяющим фактором развития.
Ноосфера-среда, в которой природные ресурсы обмена вещества и энергии контролируются обществом, это естественное необходимое следствие человеческих усилий, преобразованная людьми биосфера соответственно познанным законом её строения и развития. Это новое состояние глобальной суперсистемы. Это совокупность трёх мощных подсистем: человек, производство, природа, три взаимосвязных элемента при активной роли подсистемы «человек». Становление ноосферы длительно, биосфера рано или поздно перейдет в ноосферу. Человек будет вынужден взять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию планеты. Признаки превращения биосферы в ноосферу:
1. Возрастание количества механически извлекаемого материала земной коры (рост разработки месторождений полезных ископаемых). Геохимическая деятельность человека становится сравнимой по масштабам с геологическими и биологическими процессами.
2. Массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох (нефть, газ и т.д.)
3. Рассеивание энергии в отличие от ее накопления в биосфере до появления человека является основанным следствием энергетического загрязнения биосферы.
4. Образование больших количеств веществ в природе ранее отсутствующих (чистые металлы, пластмассы и т.д.). В результате наблюдается химическое загрязнение биосферы, ее загрязнение промышленными отходами.
5. Создание в ничтожно малых количествах трансурановых хим. элементов (плутония и т.д.). Основание ядерной энергии за счет деления тяжелых ядер и термоядерной энергии за счет синтеза легких ядер. Возникает опасность теплового загрязнения радиоактивными отходами ядерной энерге
6. Расширение границ ноосферы за пределы Земли в связи с научным техническим процессом. Возникновение космонавтики обеспечило выход человека за предел планеты; ноосфера в будущем займет большее пространство, чем биосфера до появления человека, И создается принципиальная возможность создания искусственных биосфер на других планетах.
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
Ресурсы - то, что извлекается из природной среды для удовлетворения потребностей и желаний общества. Главное назначение ресурсов – удовлетворение материальных потребностей: то есть создание материальных благ. Природные ресурсы – природные объекты и явления, которые человек использует для создания материальных благ, обеспечивающих не только поддержание существования человечества, но и постепенное повышение качества жизни. Природные объекты и явления – различные тела и силы природы, используемые человеком как ресурсы.
В основу классификации положено 3 признака:
1. –по источникам происхождения
2. –по использованию в производстве
3. –по степени истощаемости ресурсов.
По источникам происхождения ресурсы делятся на:
- биологические
- минеральные
- энергетические
Биологические ресурсы – все живые средообразующие компоненты биосферы (консументы, продуценты) с заключённым в них генетическим материалом. К ним относятся промысловые объекты, культурные растения, домашние животные.
Минеральные ресурсы – все пригодные для употребления вещественные составляющие биосферы, используемые в хозяйстве как минеральное сырьё или источники энергии. Минеральное сырьё может быть рудным и нерудным. Если эти богатства используются как топливо, (атомная энергия) и одновременно как источник энергии (для получения пара и электричества), то их называют топливно-энергетическими ресурсами.
Энергетические ресурсы - это совокупность энергии солнца, термальных, атомно-энергетических, топливно-энергетических и других источников энергии.
Классификация по использованию в производстве:
-земельный фонд: земли, входящие по своему назначению в следующие категории:
- сельскохозяйственные
- не сельскохозяйственного назначения (промышленные)
-лесной фонд – это часть земельного фонда земли, на которой может произрастать лес
-водные ресурсы – это количество подземных и подводных вод, которые могут быть использованы для различных целей в хозяйстве
-гидроэнергетические
-ресурсы фауны (количество обитателей лесов, отмелей, используемые человеком, не нарушая экологического равновесия)
-полезные ископаемые (рудные, нерудные, топливно-энергетические) – природное скопление минералов в земной коре, которое может быть использовано в хозяйстве.
Истощение природных ресурсов с экологической точки зрения – это несоответствие между безопасными нормами изъятия природных ресурсов из природной экосистемы и недр и потребностями человечества.
Классификация по степени истощаемости:
a. Неисчерпаемые (ветер, солнце)
b. Исчерпаемте:
- возобновимые (лес) – способность к восстановлению через размножение и другие природные процессы за срок соизмеримый со сроком их потребления.
- относительно возобновимые (почва)
- невозобновимые (топливо) – не восстанавливается за срок существования человеческого общества.
Чем выше уровень использования извлеченных природных ресурсов, тем ниже уровень загрязнения окружающей природной среды.