Биосфера

Автономная  некоммерческая организация высшего  профессионального образования

«ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКИЙ  ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ, УПРАВЛЕНИЯ И ПРАВА»

Контрольно-курсовая работа

На тему: « Биосфера»

По дисциплине: «Концепция современного естествознания»

Выполнил студентка группы ФК 101с

Юдина Н.Е.

Проверил:        Жарков В.М.

Тула, 2010 год

Содержание.

1.Введение.

2.Главная часть: биосфера

       2.1 структура биосферы

       2.2 формы и виды биосферы

       2.3 возникновение и эволюция биосферы

       2.4 биосфера и космические циклы.

3. заключение 

Введение: 1. Естествознание и научная картина мира

Понятие научная картина мира активно  используется в естествознании и  философии с конца XIX века. Специальный анализ его содержания стал проводиться более или менее с 60-х годов XX века, но до сих пор однозначное его понимание не достигнуто. Вероятно, это связано с объективной размытостью, неопределенностью самого понятия, занимающего промежуточное положение между собственно философским и естественнонаучным уровнями обобщения и отражения результатов, методов и тенденций развития научного познания.  Существуют общенаучные картины мира и картины мира с точки зрения каких-то господствующих, просто авторитетных в тот или иной период времени методов, стилей мышления, представлений – вероятностно-статистическая, эволюционистская, системная, информационно-кибернетическая, синергетическая и т.п. картины мира. В мировоззренческом и методологическом отношении научные картины мира выполняют функции связующего звена между философией и отдельными науками, специальными научными теориями.

Научная картина включает в себя важнейшие  достижения науки, создающие определенное понимание мира и места человека в нем. В нее не входят более  частные сведения о свойствах  различных природных систем, о  деталях самого познавательного  процесса. При этом научная картина  мира не является совокупностью общих  знаний, она представляет целостную  систему представлений об общих  сферах, свойствах, уровнях и закономерностях  природы. Научная картина мира в  отличие от строгих теорий обладает необходимой наглядностью, характеризуется  сочетание абстрактно-теоритических  знаний и образов, создаваемых с  помощью моделей. Наиболее показательные особенности различных картин мира выражаются в присущем им парадигмах (определенных стереотипах в понимании объективных процессов и способов их познания, интерпретации), стилях мышления и т.п. Таким образом научная картина мира – это особая система систематизации знаний, преимущественно качественное обобщение и мировоззренческо-методологический синтез различных научных теорий.

В существующей исторической и методологической литературе наиболее подробно проанализирована историческая эволюция физических картин мира. В XVI – XVII веках вместо натурфилософской утвердилась механическая картина мира, распространившая на все явления в мире законы механики Галилея – Ньютона, которые принимались за основу других законов природы. Господствующее положение в научном познании в духе этой картины мира занял односторонний анализ, разделивший мир на группы обособленных и неизменных самих по себе явлений. В XIX веке в рамках механистической картины сложилась термодинамическая картина мира, основанная на молекулярно- кинетической концепции и вероятно-статистических законов. Окончательное крушение механистической картины мира вызвала теория электромагнитного поля, созданная М. Фарадеем и Дж. К. Максвеллом во второй половине XIX века. Если до Максвелла физическая реальность мыслилась в виде материальных точек, то после него физическая реальность предстала в виде непрерывных полей, не поддающихся механистическому объяснению. Наступила эра принципиально новой физической картины мира, трансформировавшейся в XX веке в релятивистскую и квантово- механическую картины мира. Соотношение, конкретное взаимодействие эмпирического базиса и собственно физических теорий друг с другом, а также научной картиной мира и философией детально рассмотрена в книге М.В. Мостепаненко.

Научная картина мира служит промежуточным  звеном между философией и теорией  конкретной науки. Научная картина  мира, с одной стороны основывается на идеях, представлениях философии; с  другой стороны – опирается на эмпирический базис соответствующей  науки. Из взаимодействия этих источников и рождаются новые теоритические  принципы и категории конкретной науки.

В XX веке на роль лидера научного познания наряду с физикой претендует и биология, к которой относятся такие мощные направления как эволюционное учение, генетика и экология, ставшая наукой о биосфере в целом. Биологическая картина мира соседствует с аналогичным построением, основанным на системных исследованиях, кибернетики и теории информации.

2.Главная  часть: биосфера

2.1 Структура биосферы.

Согласно современным представлениям, биосфера – это своеобразная оболочка Земли, содержащая совокупность живых  организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном  обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть  атмосферы, гидросферу и верхние  горизонты литосферы. Продукты жизнедеятельности  живых существ относятся к  весьма подвижным веществам, которые  перемещаются в пространстве далеко за пределы обитания организмов. Поэтому, естественно, что распределение  живых организмов более ограничено в пространстве, чем вся биосфера в целом.

Географический подход.

Истоки учения о биосфере относятся  к периоду выделения структуры  оболочек Земли по времени их образования  и связаны с космогоническим  учением Дарвина. На формирование представлений  о биосфере существенное влияние оказали Бюффон, Кант и ряд других ученых. Установление сложности строения земного шара, выделения в нем ряда специфических оболочек, возникших в результате эволюционных преобразований, позволили вычленить основные структурные компоненты биосферы и сформулировать представления о ней, как о целостном образовании, находящемся в движении и развитии.

В настоящее время в рамках геохимического и географического подходов к  интерпретации основных компонентов  биосферы внимание исследователей акцентируется, прежде всего, на роли предбиологических  процессов и структур в обеспечении  нормальных условий существования  и воспроизводства жизни.

С позиции географического подхода  в структуре земной поверхности  выделяются геосистема, ландшафтная  сфера, экосистема и другие.

Понятие «геосистема» отражает совокупность целостных природных образований  различных уровней – литосферы, гидросферы, биосферы и атмосферы, связанных  между собой потоками вещества и  энергии, влагооборотом, биогенной  миграцией химических элементов, процессами гравитационного перемещения веществ.

Ландшафтная сфера представляет собой  конкретную форму проявления геосистемы, объединяющей ряд взаимосвязанных  самостоятельных подсистем. В состав ландшафта входят абиотические компоненты, геосистемы почвенной среды, биотические  геосистемы, входящие в состав биосферы, социально – экономические геосистемы, возникающие в процессе человеческой деятельности. Ландшафты планетной биосферы состоят из разнообразных природных сообществ растений и животных, постоянно взаимодействующих с почвой, атмосферой и водой. Эти сообщества, выступающие структурными единицами биосферы, получили название биогеоценозов. Объединяясь в крупные совокупности, они образуют формации – наземные, морские и пресноводные. Свойства формаций зависят от макроклимата определяемого географической широтой местности. Крупные формации занимают обширные пространства и сохраняют значительное постоянство во времени. Они обладают общими признаками с биографическими областями, хотя и не совпадают с ними. Вся суша земного шара разделена на семь крупных биогеографических областей: голарктическую, неотропическую, эфиопскую, индомалайскую, австралийскую, полинезийскую и южную.

В морях и океанах выделяю  четыре больших биогеографических  области: околополярные бореальные моря, околополярные южные моря, атлантическая и индийско – тихоокеанская  области.

По характеру развития и условиям жизнедеятельности в рамках географического  подхода рассматриваются два  основных типа биосферы: континентальный  и океанический.

В континентальной биосфере наиболее существенную роль составляют ландшафтные  особенности земной поверхности, обусловленные  высотой и широтой зональностью природных факторов. Эти особенности  проявляются в различиях между  типами растительности, рельефа, качественных параметров почвенного покрова, грунтовых  вод и так далее. Разная мощность земной коры в области континентов и океанов связана в различием состава слагающих их горных пород. Океаническая кора сложена в основном базальтовым материалом, континентальная – материалом, близким по составу к гранитам. Гранитные породы содержат больше кремниевой кислоты и меньше магния и железа, чем базальтовые породы.

Океаническая биосфера характеризуется  определенным солевым, газовым, минеральным  и органическим составом воды, глубиной и рельефом дна, широтной зональностью. Она является преобладающим типом  биосферы на земном шаре и занимает около 70,8% его площади.

Организация биосферы по Вернадскому.  

В современной естественнонаучной литературе представлены и другие подходы  к исследованию содержательных особенностей и структурных компонентов биосферы. Однако наиболее полное и системное  описание биосферной организации содержится в трудах В.И. Вернадского. Учение о  биосфере является одним из крупнейших и интересных его обобщений в  области естественных наук.

В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой - взаимодействие живого и косного вещества. Он писал: «живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей... организмы представляют собой живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением». Таким образом, по В.И. Вернадскому, самая существенная особенность биосферы – это биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией Солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов.

Эта биогенная миграция атомов подчиняется  двум биогеохимическим процессам:

• Стремиться к максимальному проявления: возникает «всюдность» жизни
• Приводит к выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов.

Живое вещество биосферы:

Биосфера  – это не только оболочка земли, где существует жизнь, но и оболочка, созданная жизнью и организованная ею в определенную систему. Биосфера как оболочка планеты, непрерывна и  не одна из составных частей ее не может  быть от нее отделена без уничтожения  единого целого.

Основополагающие идеи В.И. Вернадского о влиянии живого вещества на формирование биосферы, об условиях и неравномерности распространения жизни, о вещественно – энергетическом составе биосферы послужили тем теоретическим фундаментом, на основе которого была развита концепция биосферы, как много комплексной целостной системы. Обладающей высоким потенциалом самоорганизации и способностью к эволюционным изменениям. Согласно представлениям В.И. Вернадского, вещество, входящее в состав этой сферы жизни нашей планеты состоит из семи компонентов:

• Живого вещества представляющего интегральную совокупность организмов;
• Биогенного вещества, создаваемого и перерабатываемого жизнью (газы, уголь, нефть и так далее)
• Косного вещества, образующегося без участия живых существ и влияющего на их функционирование и эволюционные изменения (космическое излучение, продукты геологической деятельности и прочее)
• Биокосного вещества, представляющего собой результат совместного слияния организмов и абиогенных процессов при ведущей роли живого (вода, почва)
• Вещества, находящегося в радиоактивном распаде
•   Рассеянных атомов, непрерывно создающихся под влиянием различных космических излучений
• Вещества космического происхождения, состоящего из отдельных атомов и молекул

В этой весьма пространной и наиболее полной классификации элементов  биосферы В.И. Вернадский особое внимание обратил на биокосное и биогенное вещество. В ряде случаев он всю область распространения жизни на планете определяет как биокосное естественное тело, подчеркивая, что большинство скоплений живых организмов совместно с ареалами их обитания обладает отчетливо выраженной системной природой, систематизирующей в себе характерные особенности органической и неорганической материи.

В.И. Вернадский писал, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим космическим последствиям, чем живые организмы, связанные в целом, то есть в биосфере.

Биосфера – это единственная область планеты, где полностью  представлены во взаимодействии все  известные формы движения материи  и структуры: физические, химические и биологические. Постоянное взаимодействие всех структур биосферы и определяет ее организованность как устойчивой, равновесной, динамичной системы.

 В.И. Вернадский в обобщенном виде писал о биосфере, что это среда нашей жизни, это та «природа», которая нас окружает. Следовательно, окружающая нас природная среда и биосфера понятия тождественные. То, что косные вещества биосферы (горы, реки, океан, воздушные массы) возникли на земли до появления жизни, не противоречит положение о единстве системы. По мере развития живого вещества они оказались вовлеченными в биогенную миграцию веществ, которая стала определяющей в изменениях биосферы. Так с появлением более высокой формы движения материи – живого вещества, низшие формы структурно включались в нее и оказались функционально ей подчиненными.

В самом деле живое вещество за сравнительно короткое время существования  коренным образом обновило состав атмосферы, природных вод, осадочных пород. Кислород атмосферы, почвенный покров, залежи угля, нефти, известняки и многое другое – прямой результат деятельности живых организмов. Не меньше и косвенные  результаты деятельности живого вещества: озоновый экран, возникновение огромного  количества органических соединений. Живой покров Земли в большей  мере влияет на климат различных участков планеты, циркуляцию воды, воздушных  масс, разрушения горных пород.

Биосфера взаимосвязана и взаимодействует  со всем планетным окружением –  как внешним космическим, так  и внутренним, уходящим от биосферы в глубину Земли. Живое вещество биосферы в общем занимает ничтожное  пространство в масштабе всего земного  шара. Широкое распространение самого термина -  «живое вещество» - связано  главным образом с работами В.И. Вернадского. Он ясно показал, что все  количество живых организмов на Земле  образует единое целое – живое  вещество планеты.

Жизнь на Земле -  самый выдающийся процесс на ее поверхности, получающий живительную энергию Солнца и вводящий в движение едва ли не все химические элементы таблицы Д.И. Менделеева. Биосфера есть часть живого пространства, охваченного жизнью с ее активным химическим проявлением. В биосфере возможно существование организмов в любых возможных концентрациях – от единичных бактерий и спор на сантиметр в кубе атмосферного воздуха, до мощных тропических лесов экваториального  климата и следов жизни в пучинах мирового океана. По своим требованиям к условиям внешней среды организмы расселяются в разных горизонтах Земли: в нижней атмосфере, гидросфере, в почвах в глубинах литосферы, пропитанных природными водами и нефтяными месторождениями.

Все живое вещество по своей массе  занимает ничтожную долю по сравнению  с любой из верхних оболочек земного  шара. По современным вероятным оценкам, выполненным учеными, общее количество массы живого вещества в современную эпоху равно 2420 миллиардов тонн. Эту величину можно сравнить с массой оболочек Земли, в той или иной степени охваченных биосферой – так соотношение живого вещества и земной коры равно 1/1670000.

Однако в качественном отношении  живое вещество представляет собой  наиболее высокоорганизованную часть  материи Земли.

Оценка среднего химического состава  живого вещества была произведена П.П. Виноградовым. Эта оценка свидетельствует  о том, что главные составные  части живого вещества – это элементы, широко распространенные в атмосфере, гидросфере и космосе. Средний элементный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием  углерода. В общем, по содержанию других элементов организмы не повторяют  состава среды своего обитания. Они  избирательно поглощают элементы, необходимые  для построения тканей. В процессе жизнедеятельности организм использует наиболее доступные атомы, способные  к образованию устойчивых химических связей. Атомы углерода имеют способность  создавать длинные цепи соединений с другими атомами, что приводит к построению бесчисленных полимеров и других сложных органических высокомолекулярных систем.

Экологические системы.

Понятие об экологических системах – одно из основных учений о биосфере. Экосистема обычно представляет собой  сложное единство взаимодействующих  между собой растений и животных, существующих в определенных условиях внешней среды. Биосферу Земли можно  рассматривать, как совокупность всех экосистем, между которыми происходят различные взаимодействия.

Итак, под термином «экосистема» подразумевается, во-первых наземные экосистемы, в виде природных ландшафтов и их частей, во-вторых водные экосистемы рек, озер и т.д.

Понятие экосистема включает и более  крупные подразделения: географические пояса, зоны.

Наконец, биосферу Земли можно рассматривать, как совокупность всех экосистем, между  которыми происходят различные взаимодействия.

Отечественные ученые, изучая современную  биосферу, сопоставили взаимосвязь  радиационного и водного балансов природных ландшафтов в географических поясах всего земного шара. Масса  растительности в различных географических поясах и прирост растительной продукции за год зависят от количества солнечного тепла и атмосферной влаги.

Для атмосферных поясов, имеющих  различные показатели радиационного  баланса, характерны разные типы экосистем: гумидные – с избыточными атмосферными осадками, семиаридные – с ограниченными  осадками, аридные – со значительным недостатком осадков. Эти экосистемы имеют различные запасы растительной массы.

Процессы превращения первичной  продукции (растительной) во вторичную (животную) и их распад – это основа биологического круговорота жизни  на Земле. Основными нормами обмена веществами и энергией в экосистеме между ее компонентами и окружающей средой являются: фотосинтез, дыхание  разнообразных живых организмов и разнообразные пищевые связи.

Главные компоненты экосистем, обеспечивающие биологический круговорот:

1. Продуценты – это в основном растения. Они запасают солнечную энергию в виде первичной биологической продукции, образовавшейся в процессе фотосинтеза;
2. Консументы – это в основном животные. Они потребляют первичную продукцию и накопленную энергию;
3. Редуценты – это в основном грибы и микроорганизмы. Они обеспечивают разрушение первичной и вторичной биологической продукции и завершают биологический круговорот веществ в экосистеме.

Состояние устойчивого  равновесия экосистемы с окружающей средой называется климаксом. Переходы от одной неустойчивой стадии к другой вплоть до климаксного состояния, называют сукцессиями. Равновесие, сбалансированность обмена веществом и энергией –  важный признак ее совершенства. Можно  назвать три признака, характеризующие  степень совершенства экосистем. Во-первых – это тип внутреннего круговорота  веществ. По нему все экосистемы делятся на три главные группы: автономные – расположенные на водоразделах, транзитные (зависимые) и аккумулятивные (подчиненные); они расположены в основном в понижениях рельефа и используют вещества, которые сюда сносятся. Во-вторых, это замкнутость оборота веществ. В-третьих, экосистема тем совершеннее, чем интенсивнее в ней скорость оборота веществ.

Биогеоценоз как основной компонент биосферы.

В отечественной  литературе в начале 40-х годов  прошлого столетия В.Н. Сукачев, изучая основные закономерности развития лесов, высказал идею о существовании в  природе сложно организованных целостных  систем, в которых биологические  сообщества неразрывно связаны с  абиотическими условиями определенной территории, называемой экотопом. Единство биоценоза, экологических условий  его функционирования и экотопом, составляет комплекс, который В.Н. Сукачев  предложил называть биогеоценозом.

В современной  экологии биогеоценоз все чаще рассматривается  как основной структурный компонент  биосферы, сохраняющий в своей  организации важнейшие ее качественные характеристики. Механизмы вещественно – энергетического обмена и саморегуляции, действующие на уровне биогеоценозов, настолько эффективны и пластичны, что позволяют поддерживать динамическое равновесие этих природных систем и воспроизводить их структурные и функциональные характеристики даже в условиях относительно интенсивного воздействия внешних факторов – физико-химических или антропогенных. По энергии приспособления к среде и всесторонней диалектической связи с ней биогеоценозов воспроизводит основные механизмы и свойства биосферы в целом.

В.Н. Сукачев  и его последователи показали, что биосфера выступает совокупностью  биогеоценозов. Они включают определенный видовой состав и соответствующие  типы связей.

Биогеоценозы  как качественно высший уровень  живой материи в отличии от других уровней обладают возможностью относительного функционирования входящих в них элементов, которые при этом не теряют своих качественных характеристик, не имеют резко очерченных границ и четко программированного развития, характеризуются подвижностью связей.

Каждый биогеоценоз  содержит все основные компоненты биологического круговорота. В зависимости от наличия  химических соединений, повышенного  состава, количества теплоты и влаги, других климатических условий, а  также конкретных соотношений организмов со средой складывается соответствующая  структура биогеоценозов. Одум выделяет следующие типы биогеоценозов: моря, морские побережья, реки и ручьи, пруды и озера, пресноводные болота, пустыни, тундры, травянистые ландшафты, леса.

Каждый из биогеоценозов имеет свою специфику  и в разной степени насыщен  жизнью. Так, лесной биогеоценоз имеет  несколько ярусов растительности: лесной полог, кустарник, травянистый ярус, подстилку и корневой ярус. Озера  и океаны имеют свои слои, обусловленные  проникновением солнечного света, температурой, наличием кислорода и другими  факторами.

В структурном  отношении любой биогеоценоз  – сложная система, состоящая  из различных компонентов, находящаяся  в разнообразных взаимоотношениях друг с другом, обладающая определенным видовым составом, наличием взаимозависимостей, а также стабильностью во времени  и пространстве.

Согласно  В.И. Вернадскому, биологическое время может быть временем индивидуального бытия, смены поколений без изменения формы жизни и эволюционным – смены форм жизни одновременно со сменой поколений. В рамках «индивидуального времени» биогеоценозы максимально устойчивы и сохраняются достаточно долго. В масштабах геологического времени под влиянием климатических и иных факторов они постоянно изменяются и переходят в качественно иные состояния. Существуют, однако, и циклические биогеоценозы, которые изменяются очень быстро – в течение нескольких дней или часов. Примером устойчивого биогеоценоза может служить хвойный лес, циклического – различные виды членистоногих, сменяющих друг друга в стволе погибшего дерева.

Каждый биогеоценоз  состоит из популяций, принадлежащих  разным видам – как к высокоспециализированным, приспособленным только к данным условиям, так и обладающих более  широкой приспособленностью. Наиболее чувствительны к существенным изменениям внешней среды высокоспециализированные виды. Поэтому высокие уровни загрязнения  окружающей среды ведут к их гибели и нарушению стабильности биогеоценоза в целом. Важно учитывать и  то, что разные биогеоценозы имеют различную степень насыщенности жизнью. Особенно велико разнообразие влажных тропических лесов, в то время как районы пустынь Крайнего Севера бедны им.  С.С. Шварц, сравнивая биогеоценозы северной тундры с биогеоценозами средней полосы и южных областей, пришел к выводу, что первые менее продуктивны не только вследствие меньших поступлений энергии, но и потому, что в эволюционном плане являются более молодыми и в них не сложилась та устойчивая пригнанность многообразных элементов, которая типична для стабильных биогеоценозов.

Теоретически  установлено, что высокая степень  видового многообразия биогеоценозов  определяет высокую степень их устойчивости, то есть существует прямая зависимость  между их сложностью и устойчивостью.

Уменьшение  разнообразия биогеоценозов под  влиянием человеческой деятельности ведет  к снижению их стабильности, а зачастую и разрушению. В частности, в процессе сельскохозяйственного производства повышения продуктивности обеспечивается за счет снижения стабильности засеваемых площадей. Поэтому в сельскохозяйственной деятельности необходима ориентация на сочетание высокой продуктивности и предельно возможной стабильности, что, по мнению С.С. Шварца достижимо  путем оптимального сочетания живых  компонентов биогеоценоза, основанного  на обогащении новыми видами, подбора  состава сообществ, увеличения их компонентов  и межвидовых связей.

Основными структурными единицами биогеоценоза являются виды, представляющие собой интегрированную  форму организации живой материи, приспособленную к своему ареалу как в целом, так и отдельным  его компонентам. В состав входят группы скрещивающихся популяций, репродуктивно изолированных друг от друга.

Основной  единицей эволюции и существования  вида является популяция – совокупность относительно обособленных особей, всегда способных устойчиво и длительное время воспроизводиться и эволюционировать в пределах освоенной территории. Обязательный признак любой популяции  – та или иная степень скрещивания и ее разделенность с помощью изолирующих механизмов от соседних популяций. Важным признаком популяции является взаимодействие особей между собой, известная обособленность территории и устойчивость существования во времени.

Важнейшей характеристикой  популяция является ее возрастная структура, обусловленная продолжительностью жизни особей, частотой смены поколений  в единицу времени, динамикой  численности, временем наступления  половой зрелости, давлением отбора и другими причинами. Соотношение  различных возрастных групп в  популяции сущностно характеризует  ее эволюционную перспективу, поскольку  с возрастными особенностями  связана способность к размножению.

В раскрытии  закономерностей популяции большое  значение имеет характеристика функционирования и динамика их генетических особенностей. С этой точки зрения популяционная  группировка представляет собой  совокупность особей вида, в пределах которой осуществляется свободное  скрещивание и обмен генами. Генетические характеристики популяции определяют ее адаптивные ресурсы и репродуктивный потенциал. Популяции складываются под влиянием условий внешней  среды на основе взаимодействия наследственности, изменчивости и естественного отбора.