Понятие о биосфере. 2
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет»
Кафедра Экономической теории и мировой экономики
РЕФЕРАТ
По курсу « концепции современного естествознания»
2011
СОДЕРЖАНИЕ
Введение…………………………………………………………
1.Понятие о биосфере…………………………
2. Учение В.И.Вернадского о
биосфере…………….................
3. Структура и функции биосферы……
4. Границы биосферы……………………………………
5. Живое вещество планеты………………………….............
6. Функции живого вещества…………………
7. Заключение………….………………………………...
Список литературы……………………………………………………
ВВЕДЕНИЕ
Солнечная система состоит из центрального небесного тела -- звезды Солнца, 9 больших планет, обращающихся вокруг него, их спутников, множества малых планет -- астероидов, многочисленных комет и межпланетной среды. Большие планеты располагаются в порядке удаления от Солнца следующим образом: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Три последние планеты можно наблюдать с Земли только в телескопы. Остальные видны как более или менее яркие кружки и известны людям со времен глубокой древности.
Один из важных вопросов, связанных с изучением нашей планетной системы -- проблема ее происхождения. Решение данной проблемы имеет естественно-научное, мировоззренческое и философское значение. На протяжении веков и даже тысячелетий ученые пытались выяснить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, в том числе и Солнечной системы. Однако возможности планетной космологии и по сей день остаются весьма ограниченными -- для эксперимента в лабораторных условиях доступны пока лишь метеориты и образцы лунных пород. Ограничены и возможности сравнительного метода исследований: строение и закономерности других планетных систем пока еще недостаточно изучены.
1.ПОНЯТИЕ О БИОСФЕРЕ
Понятие биосфера вошло в науку до некоторой степени случайно. Около
ста лет назад, в 1875 году, австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о
различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин в последней
главе своей небольшой книжке о происхождении Альп. Однако эта концепция не
сыграла заметной роли в развитии научной мысли до тех пор, пока в 1926 году
не были опубликованы две лекции русского минералога Владимира Ивановича
Вернадского. Концепция биосферы, которую мы принимаем сейчас, в основном
опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса.
Сам Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы подошел французский
натуралист Жан Батист Ламарк, в чьих работах можно немало геохимических
идей, пусть и архаично изложенных.
Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой
существует жизнь. Однако такое определение порождает ряд вопросов и требует
уточнений. Пропуская через фильтр воздух, взятый на больших высотах, можно
найти в нем споры бактерий и грибов. Но этот «аэропланктон», очевидно, не
имеет активного метаболизма. Даже на поверхности Земли немало мест, слишком
холодных, слишком жарких или слишком сухих, для того чтобы там могли
существовать организмы с активным метаболизмом. Но и в таких местах всегда
можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой,
имеет неправильную форму, т. к. она окружена некоей «парабиосферной»
областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии. В
настоящее время живой организм может, конечно, существовать далеко за
пределами естественной биосферы, находясь в космическом корабле или
скафандре. Такие искусственные местообитания можно рассматривать как
участки биосферы, вырванные из нее и временно заброшенные в космос. (5)
Что же характерно для биосферы как особой оболочки земного шара? Во-
первых, это область, в которой имеется в значительных количествах жидкая
вода. Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии от Солнца. Наконец, в-
третьих, в биосфере имеются поверхности раздела между веществами,
находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях.
2. УЧЕНИЕ В. И. ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ
Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя
изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик В. И. Вернадский.
Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией,
которое легло в основу современного учения о биосфере.
До появления работ В. И. Вернадского роль живых организмов на Земле
представлялась ученым очень скромной. Действительно, казалось бы, какое
может быть сравнение последствий их жизнедеятельности с мощью внутренних
сил планеты, вздымающих высочайшие горы, разверзающих океанские пучины,
перемещающих целые континенты.
В. И. Вернадский доказал, что, как бы слаб ни был каждый организм в
отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка
времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную
роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов
проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом
связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена
веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в
процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов
деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (сотен
миллионов лет) отрезков времени. Таким образом, приоритет в разработке
теоретических основ учения о биосфере принадлежит советским ученым.
По определениям ученых, возраст Земли равен приблизительно 5 млрд.
лет. Наиболее древние следы живых организмов найдены в Южной Африке
(Восточный Трансвааль), в толще горных пород, возраст которых равен 3,2
млрд. лет. Эти организмы напоминали современных нитчатых бактерий. Ученые
даже дали им название – эобактериум изолятум. Таким образом, можно считать,
что биосфера Земли возникла около трех миллиардов лет назад.
Наземные организмы появились около 400 млн. лет назад. Это были первые
примитивные растения. С появлением на суше живых организмов и
возникновением растений начинается важнейший этап в истории развития
биосферы. С этого периода началось их быстрое распространение по планете, и
в настоящее время Землю населяет огромное количество разнообразнейших
растительных и животных организмов (см. табл.).
В 19 веке в России постепенно складывалось представление о единстве
человека и природы, о тех проблемах, с которыми неизбежно столкнется
человечество при необузданном стремлении всецело подчинить себе природу.
Вообще идея цельного знания, основанного на органической полноте жизни,
принадлежит русской философии. Она легла в основу направления общественной
жизни, получившего название «русский космизм». Именно тогда в научной среде
засверкали имена психолога и физиолога И. М. Сеченова, химика Д. И.
Менделеева, почвоведа В. В. Докучаева, основоположника космонавтики К. Э.
Циолковского. К плеяде этих выдающихся ученых принадлежит и В. И.
Вернадский.
В 1926 году опубликовал в Ленинграде книгу под названием «Биосфера»,
которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней
человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая
система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты.
«Биосфера – организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная
с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого
вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры,
благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные
процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и
биологических циклах.
В. И. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной
коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется
живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный
процесс – миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал
ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.
Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни,
населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это
самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область системного
взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная
деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический
фактор планетарного масштаба.
Биосфера по вертикали разделяется на две четко обособленные области:
верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу, в которой происходит
фотосинтез, и нижнюю, «темную», - меланобиосферу, в которой фотосинтез
невозможен. На суше граница между ними проходит по поверхности Земли.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана
(20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до
глубинных слоев океана. В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы
обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». На развитие жизни,
а, следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и
прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе.
Ограничивают область распространения жизни и слишком высокие или низкие
температуры. Элементы минерального питания также влияют на развитие жизни.
К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение
концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни
подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.
В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую
биосферы, которые отличаются геологическими, географическими,
биологическими, физическими и другими условиями. Нижний предел
распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или
изотермой в 100 град. C в литосфере (по данным сверхглубокого бурения на
Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в
литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная
мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км.
Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей
озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя
теоретически он может быть более широким.
На основе работ В. И. Вернадского и других исследователей, внесших большой
вклад в изучение биосферы планеты, предлагается различать три основные ее
формы:
3. формы биологической систематики, включающие популяции, виды, роды,
семейства и др., принятые в ботанике и зоологии;
2. биогеографические формы – территории, характеризующие географическое
распространение и распределение растений и животных, специфику флоры и
фауны. Это биогеографические зоны, области и т.д. Отдельно выделяются
ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие
представление о составе и характере флоры и фауны;
3. экологические формы, известные под названием экосистем
(биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. Напомним, что биотоп – это
участок с однородными экологическими условиями, занятый определенными
биоценозами, экотоп – это место обитания сообщества. В отличие от биотопа,
понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды.
Это совокупность абиотических условий неорганической среды данного участка,
представляющего собой местообитание конкретного сообщества. Экологические
формы определяют специфику изучения биосферы в экологических аспектах.
Вещественный состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский
включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных
частей:
. живое вещество;
. биогенное вещество – рождаемое и перерабатываемое живыми организмами
(горючие ископаемые, известняки и т. д.);
. косное вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое
и газообразное);
. биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми организмами
(вода, почва, кора выветривания, илы);
. вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого
и актиноуранового ряда);
. рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;
. вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли
и др.
В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для
развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):
. слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;
. педосфера, или почвенный покров;
. ландшафтно-экологические системы – функциональные системы,
включающие живые организмы и среду их обитания;
. кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования горных
пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной
коры под воздействием различных факторов;
. древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и
других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной
биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные
породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко
используемые в промышленности;
. многочисленные минералы верхней части земной коры и биосферы:
глины, известняки, бокситы и т. д.;
. природные воды осадочной оболочки;
. миллионы органических и органоминеральных соединений: уголь,
графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;
. минеральные ресурсы биосферы и земной коры, распространенные в
форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута, платины
и т. д. Все они – главный источник сырья для металлургии,
химической промышленности и многих других отраслей. Их добыча и
использование в экономике растут год от года.
Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом сложнейшего
механизма геологического и биологического развития косного и биогенного
вещества . С одной стороны , это среда жизни , а с другой – результат
жизнедеятельности . Главная специфика современной биосферы – это четко
направленные потоки энергии и биогенный ( связанный с деятельностью живых
существ ) круговорот веществ .
Разрабатывая учение о биосфере , В.И. Вернадский пришел к выводу , что
главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество
растений . Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и
синтезировать первичные органические соединения . Для объяснения большой
суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты , которые действительно
показали огромное значение фотосинтезирующих растений в создании общей
органической массы . Ученый подсчитал , что поверхность Земли составляет
меньше одной десятитысячной поверхности Солнца. Общая же площадь
трансформационного аппарата зеленых растений зависимости от времени года
составляет уже от 0,86 до 4,2% площади поверхности Солнца . Разница
колоссальная . Этот зеленый энергетический потенциал и лежит в основе
сохранения и поддержания всего живого на нашей планете .
В.И. Вернадский так же, как и Ламарк 140 лет назад попытался дать
главные исчерпывающие признаки каждого царства живого. И чем больше он
вникал в проблему, тем более ясно становилось , что вырисовывается новый
разрез мира . В.И. Вернадский составил таблицу из 16-ти пунктов , где
рассмотрел несходство живого и неживого в физическом , химическом и
термодинамическом смысле .
Анализ таблицы показывал, что в природе нет никаких переходов от
неживого к живому : они настолько противоречивы , что живое ни при каких
условиях не может происходить от живого . Организм и косную материю
разделяет непроходимая стена . Принцип итальянского естествоиспытателя и
врача Франческо Реди , гласящий , что живое происходит только от живого ,
между живым и неживым веществом проходит резкая граница , хотя и имеется
постоянное взаимодействие , - получил свое подтверждение .
3. СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ
АТМОСФЕРА. Это воздушная оболочка, состоящая в основном из азота и
кислорода; достигает мощности до 20 тыс. км. В меньших концентрациях она
содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы оказывает большое
влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на
земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических
процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и
минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ,
расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность
от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых
организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны, у которой
нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы связано с геохимическими
процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый
газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря (в
значительной мере) вулканической активности, а кислород – в результате
фотосинтеза.
ГИДРОСФЕРА. Вода является важной составной частью всех компонентов
биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов.
Основная ее часть (95%) заключена в Мировом океане, который занимает
примерно 70% поверхности Земного шара. Общая масса океанических вод
составляет свыше 1300 млн. км 3. Около 24 млн. км 3 воды содержится в
ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной покров Антарктиды.
Столько же воды содержится под землей. Поверхностные воды озер составляют
приблизительно 0,18 млн. км 3 (из них половина соленые), а рек – 0,002 млн.
км 3.
Количество воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001
млн. км 3. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют
кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах
изменяется в широких пределах в зависимости от температуры и присутствия
живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее
количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.
ЛИТОСФЕРА. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы,
сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает
нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами,
образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами –
продуктами жизнедеятельности организмов.
БИОТИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ. Главная функция биосферы заключается в
обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический
круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов.
Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и
живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное
существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических
элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет
энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми
существами – гетеротрофами – разрушается, с тем, чтобы продукты этого
разрушения могли быть использованы растениями для новых органических
синтезов.
Важная роль в глобальном круговороте веществ принадлежит циркуляции
воды между океаном, атмосферой и верхними слоями литосферы. Вода испаряется
и воздушными течениями переносится на многие километры. Выпадая на
поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород,
делая их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний
почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими
соединениями и взвешенными органическими частицами в океаны и моря.
Подсчитано, что с поверхности Земли за 1 мин испаряется около 1 млрд. т
воды. Энергия, затрачиваемая на испарение воды, возвращается в атмосферу.
Циркуляция воды между Мировым океаном и сушей представляет собой важнейшее
звено в поддержании жизни на Земле и основное условие взаимодействия
растений и животных с неживой природой.
В качестве примеров биотического круговорота рассмотрим круговороты
углерода и азота в биосфере. Круговорот углерода начинается с фиксации атмосферного диоксида углерода в процессе фотосинтеза. Часть образовавшихся
при фотосинтезе углеводов используют сами растения для получения энергии,
часть потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания
растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их
тканей окисляется и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс
происходит и в океане.
Круговорот азота также охватывает все области биосферы. Хотя его
запасы в атмосфере практически неисчерпаемы, высшие растения могут
использовать азот только после соединения его с водородом или кислородом.
Исключительно важную роль в этом процессе играют азотфиксирующие бактерии.
При распаде белков этих микроорганизмов азот снова возвращается в
атмосферу.
Показателем масштаба биотического круговорота служат темпы оборота
углекислого газа, кислорода и воды. Весь кислород атмосферы проходит через
организмы примерно за 2 тыс. лет, углекислый газ – за 300 лет, а вода
полностью разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте за 2
млн. лет.
- ГРАНИЦЫ БИОСФЕРЫ
Горизонтальных границ у биосферы нет и речь следует вести только о ее
вертикальной размерности.
Верхняя граница распространения жизни в атмосфере определяется, по
всей видимости, не столько низкими температурами, сколько губительным
действием солнечной радиации. Так, пыльца цветковых и голосеменных
растений, споры грибов, мхов, папоротников и лишайников, бактерии и
простейшие животные организмы постоянно или с сезонной ритмикой
присутствуют в воздухе. Над сушей и акваторией в дожде, снеге, в облаках и
туманах кроме пыльцы и спор обнаружены микроорганизмы. Вся воздушная среда
представляет собой суспензию жизнеспособных пыльцы, спор и микроорганизмов,
содержание которых уменьшается с высотой. Интенсивность радиации,
создаваемой космическими лучами, на высоте 9 км в десятки раз больше, чем
на уровне моря, а на высотах 15-18 км возрастает уже в сотни раз. Высотное
распространение микроорганизмов ограничивается в основном потоком жесткой
ультрафиолетовой радиации Солнца, убивающей все живое.
Можно утверждать, что вся тропосфера, высота которой 8-10 км в
полярных широтах и 16-18 км у экватора, в большей или меньшей степени
заселена живыми организмами, которые находятся в ней либо временно, либо
постоянно. Уже в тропопаузе резко изменяются физические и температурные
характеристики биосферы, в частности прекращается интенсивное турбулентное
перемешивание воздушных масс. Стратосфера, находящаяся выше тропопаузы,
вряд ли пригодна для существования микроорганизмов. Верхний предел

- Понятие о биосфере, ее структуре и функции. Устойчивость биосферных процессов
- Понятие области компетенций
- Понятие обмен.Купле-продажа Республики Казахстан
- Понятие об общении
- Понятие об общении. Функции общения
- Понятие об обществе как о социальном институте. Фундаментальные потребности общества и его основные институты
- Понятие о болезни и методах диагностики
- Понятие об инновациях в образовании, их классификация
- Понятие об интеллекте. Уровни его развития. Взаимосвязь интеллекта и творчества
- Понятие об информации. Хранение, передача, обработка информации. Количество и качество информации
- Понятие об информационных технологиях
- Понятие о биологической ценности белка. Источники белков в питании
- Понятие о биомеханике тела
- Понятие о биосфере