Сущность определения В.И. Вернадского биосферы как взаимодействия живых и неживых систем

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное 

учреждение  высшего профессионального образования

«ЧЕЛЯБИНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Институт  экономики отраслей, бизнеса и  администрирования

 

 

 

 

 

 

Реферат по предмету: Экология.

На  тему: Сущность определения В.И. Вернадского биосферы как взаимодействия живых и неживых систем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                          Выполнил: Катаева Д.С.

                                                                               Группа: 28ПЗ-201

                                                                                            Проверил: Гайденко Н.П.

 

 

 

 

 

 

Челябинск

2012

Содержание.

1. Введение…………………………………………………………………………….…3

2. Биосфера - единство живого и неживого…………………………………………....5

3.Структура биосферы…………………………………………………………………..5

4. Литосфера, атмосфера, гидросфера - границы и заселение их живыми организмами………………………………………………………………………..........6

5.Биогеохимическе принципы………………………………………………………….7

6. Круговорот  веществ между живыми организмами  и окружающей средой……...8

7. Эмпирические обобщения В.И. Вернадского о биосфере, основные принципы: целостность, гармония и организованность……………………………………….…10

8. Роль  живого в эволюции Земли, вездесущность  жизни…………………………..11

9.Эволюция  биосферы………………………………………………………………....14

10. Концепция  ноосферы - сферы разума…………………………………………….15

11.Заключение………………………………………………………………………….25

11.Список  литературы…………………………………………………………………26

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Биосфера  – это среда нашей жизни, это  та природа, которая нас окружает, о

которой мы говорим в разговорном языке. Человек – прежде всего – своим

дыханием, проявлением  своих функций, неразрывно связан с этой «природой»,

хотя бы он жил в городе или в уединенном домике.

                                                               В. И. Вернадский.

  В XX в. в области естественных наук стал Владимир Иванович Вернадский. На его принадлежность к своей сфере могут претендовать и естествоиспытатели самых различных направлений, и приверженцы точного экспериментально проверяемого знания, и историки науки и человеческой мысли, и науковеды, и, конечно, философы-гуманисты, социологи. Он, несомненно, принадлежал к тем немногим в истории не только своего народа, но и человечества, кому было по силам охватить могучим умом целостность всей картины мира и стать провидцем. 
  Труды В.И.Вернадского не только внесли огромный вклад в развитие многих разделов естествознания, но и принципиально изменили научное мировоззрение XX века; определили положение человека и его научной мысли в эволюции биосферы; позволили по-новому взглянуть на окружающую нас природу как среду обитания человека; поставили много актуальных проблем и наметили пути их решения в будущем. 
  Одно из величайших достижений естествознания XX в. – учение Вернадского о биосфере, области жизни, объединяющей в едином взаимодействии живые организмы (живое вещество) и косное вещество. 
  Первым начал разрабатывать эту тему учитель Вернадского В.В.Докучаев. Он же обратил внимание на единство материальной и духовной культуры людей с окружающей природной средой. Но если Докучаева волновали в первую очередь практические аспекты этой проблемы, то Вернадский постарался создать теоретически стройную концепцию перехода биосферы в ноосферу в результате разумных преобразований человеком - на основе науки - среды жизни. 
  Биосфера (греч. bios – жизнь, sphеrе – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

  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".

  Земля и окружающая ее среда сформировалась в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд лет назад из рассеяного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Как и другие планеты, Земля получает энергию от Солнца, достигающую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло - одно из главных слагаемых климата Земли, основа для развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток исходит из глубины Земли.

  По новейшим данным, масса Земли составляет 6*10²¹ т, объем —1,083*10¹² км³, площадь поверхности — 510,2 млн км². Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

  Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) - внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним - литосфера, гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли - биосфера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Биосфера - единство живого и неживого.

  Главным в переосмыслении понятия "биосфера", которое было сделано В.И. Вернадским, - это понимание биосферы как сферы единства живого и неживого. Такое толкование определило взгляд В.И. Вернадского на проблему происхождения жизни на Земле. Им рассматривались три основных варианта:

- жизнь возникла до образования Земли и была занесена на нее;

- жизнь зародилась после образования Земли;

- жизнь возникла вместе с формированием Земли.

  Центральным  пунктом изучения в теории  Вернадского является понятие  о живом веществе, т.е. совокупности  всех живых организмов. Кроме  живого вещества Вернадский выделял  еще косное вещество (воздух, вода, минералы). Между живым веществом  и косным находятся биокосные  вещества (остатки живых организмов, например, навоз).

  Отличия  живого вещества от косного заключаются в следующем:

- изменения и процессы в живом веществе происходят быстрее, чем в косных телах, поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического времени, а в неживых телах геологического времени (1 секунда геологического времени = 100 тысяч лет исторического);

- в живых организмах существует непрерывный ток атомов: из живых в неживое, и наоборот;

- только в живых организмах происходят качественные изменения в ходе геологического времени, т.е. эволюция;

- живые организмы изменяются в зависимости от окружающей среды.

Структура биосферы.

В биосфере можно выделить следующие основные компоненты: 

- живое вещество,

- косное (неживое) вещество,

- неживое биогенное вещество,

- биокосное вещество.

  Живым веществом В.И. Вернадский назвал совокупность живых организмов, населяющих нашу планету. Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы.

  Под косным веществом В.И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.

  Неживое биогенное вещество, которое образовано живым веществом современной и прошлых геологических эпох (ископаемые остатки организмов, нефть, уголь, газы атмосферы, озерный ил - сапропель, осадочные породы, например, известняки);

  Биокосное вещество, которое создавалось одновременно и живыми организмами и косным веществом (например, почва, вода обитаемых водоемов, глинистые минералы).

 

 

 

 

Литосфера, атмосфера, гидросфера - границы  и заселение их живыми 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. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мг/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. 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.

 

 

 

 

 

 

 

Биогеохимические  принципы.

  Для понимания той работы, которую совершает живое вещество в биосфере очень важными являются три основных положения, которые В. И. Вернадский назвал биогеохимическими принципами:

1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Анализ геологических данных показывает, что распространение жизни, живых существ (давление жизни) неуклонно нарастает. Живые организмы способны занимать самые различные экологические ниши, сохраняться в самых неблагоприятных условиях (в горячих и серных источниках, на дне океанов, на ледниках). Это дало основание говорить о «всюдности» жизни (термин Вернадского).
2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Согласно этому закону, в биосфере право на жизнь получают только виды, необходимые самой биосфере для выполнения определённых функций и усиления тем самым биогенной миграции химических элементов.
3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете лучистой энергией Солнца.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Круговорот веществ между живыми организмами и окружающей средой.

Земля отличается от других планет тем, что её биосфера содержит вещество, чувствительное к потоку солнечного излучения - хлорофилл. Именно хлорофилл обеспечивает преобразование электромагнитной энергии солнечного излучения в химическую энергию, с помощью которой идет процесс  восстановления окислов углерода и  азота в реакциях биосинтеза.

В зеленом растении происходит фотосинтез - процесс образования  углеводов из воды и двуокиси кислорода (которая находится в воздухе  или воде). При этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Зеленые растения относят к автотрофам - организмам, которые берут все  нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и  не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма.

Гетеротрофы - это организмы, которые нуждаются для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы постепенно преобразуют  органическое вещество, образованное автотрофами, доводя его до первоначального - минерального - состояния.

Деструктивная функция  совершается представителями каждого  из царств живого вещества. Распад, разложение - неотъемлемое свойство обмена веществ  каждого живого организма. Растения образуют органические вещества и являются крупнейшими производителями углеводов  на Земле, но они же выделяют и необходимый  для жизни кислород как побочный продукт фотосинтеза.

В процессе дыхания в  телах всех видов живого образуется углекислый газ, который растения вновь  используют для фотосинтеза. Существуют и такие виды живого, для которых  разрушение отмершего органического  вещества являются способом питания. Существуют организмы со смешанным типом  питания, их называют миксотрофами.

В биосфере происходят процессы преобразования неорганического, косного вещества в органической и обратной перестройки органических веществ в минеральные. Движение и преобразование веществ в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества, все виды которого специализировались на различных способах питания.

Конечное количество вещества, которое есть в биосфере, приобрело  свойство бесконечности через круговорот веществ. Все компоненты биосферы взаимодействуют  друг с другом, обеспечивая устойчивость системы.

В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное количество раз через живое существо. Например, весь кислород атмосферы  «оборачивается» через живое  вещество за 2000 лет, углекислый газ - за 200-300 лет, а вся вода биосферы - за 2 млн. лет.

Живое вещество является совершенным приемником солнечной  энергии. Энергия, поглощенная и  использованная в реакции фотосинтеза, а затем запасенная в виде химической энергии углеводов, очень велика, есть сведения что она сопоставима с энергией, которую потребляют 100 тысяч больших городов в течение 100 лет. Гетеротрофы используют органическое вещество растений, как пищу: органика окисляется кислородом, который доставляют в организм органы дыхания, с образованием углекислого газа - реакция идет в обратном направлении. Таким образом, «вечной» делает жизнь одновременное существование автотрофов и гетеротрофов.

Факты и рассуждения  о «колесе жизни» в биосфере дают право говорить о законе биогенной  миграции атомов, который сформулировал  В.И. Вернадский: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое сейчас населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.

Живое вещество разных царств и разного рода обеспечивает непрерывный  круговорот веществ и преобразование энергии. Тем самым обнаруживается закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского: в биосфере миграция химических элементов происходит при обязательном непосредственном участии живых организмов. Биогенная миграция атомов обеспечивает непрерывность жизни в биосфере при конечном количестве вещества и постоянном притоке энергии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эмпирические обобщения В.И. Вернадского  о биосфере, основные принципы: целостность, гармония и организованность.

Первым  и самым всеобъемлющим выводом  из учения о биосфере, который сделал В.И. Вернадский, был: "Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом", иными словами, - это принцип целостности биосферы. В.И. Вернадский писал: "Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма". Это означает, что Земля - не просто сложение отдельных составных частей, а действующий согласованный "механизм". Что же говорит в пользу этого вывода? Это узкие пределы существования жизни: физические постоянные, уровни радиации и т. п. Физические постоянные, например, константа всемирного тяготения, определяющая размеры звезд, температуру и давление в них, влияющие на ход реакции в этих звездах. Если она будет несколько меньше, то звезды не будут иметь температуры, необходимой для осуществления в их недрах термоядерного синтеза; если же температура будет несколько выше, то звезды превзойдут некую "критическую массу" и обратятся в черные дыры.

Константа сильного взаимодействия определяет величину ядерного заряда в звездах. Если ее изменить, то цепочки ядерных реакций  не смогут привести ("дойти") к  образованию азота и углерода.

Постоянная  электромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию электронных  оболочек и прочность химических связей - ее изменение делает Вселенную  мертвой, что находится в соответствии с "антропным" принципом, по которому при создании моделей развития мира следует учитывать реальность существования человека.

Очень важной глобальной константой является соленость  Мирового океана при условии, что  вода - это "всемирный" растворитель, соленость морской воды в среднем 35 % остается постоянной многие миллионы лет. Экологическая значимость этого  факта до конца еще не определена.

Дальнейшими исследованиями было подтверждено, что с экологической точки  зрения живой мир - это единая система, пронизанная взаимообусловленными связями, в виде трофических цепей, потоков энергии и информации. Эти связи настолько взаимно  необходимы, что если их небольшая  часть будет разрушена, то это  может повлечь за собой разрушение и всего остального.

Второй  важнейший принцип, выявленный В.И. Вернадским, - это принцип гармонии биосферы и ее организованности; в  ней все учитывается и все  приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с  тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях  небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии.

 

 

 

 

 

Роль живого в эволюции Земли, вездесущность жизни.

  Содержание вероятностного детерминизма может быть выявлено при анализе понятия «живое вещество». Данное понятие является одним из основных в биогеохимичеекой концепции биосферы, развитой Вернадским. Для него живое вещество – это совокупность существующих в данный момент живых организмов биосферы. Внутри этой совокупности и в ее взаимоотношениях с неживыми частями биосферы складываются и более сложные причинные связи. В совокупностях живого проявляются и другие типы закономерностей – статистические. В постижении последних Вернадский видел и основную цель исследователей биосферы. Более того, статистические закономерности выступали у него и парадигмальными. Они принимались им в качестве методологической установки в познании биосферы. «Биогеохимик, – писал Вернадский, – имеет дело с совокупностями и со средними – статистическими – выражениями явлений. Он обращает при этом основное внимание на математическое выражение явлений: выражение средними числами или геометрическими образами.

  Весьма плодотворно отмеченные методологические приемы были использованы и самим Вернадским. Уже в начале 20-х гг. они были положены им в основу исследования геохимической энергии живого, скорости передачи жизни в биосфере, давлении живого вещества в ней и т.д. Однако эти и другие свойства живого можно было выявить, исследуя не отдельный организм, а их совокупности. При исследовании совокупностей «каждый предмет в отдельности для нас исчезает и вместо него выступает нечто новое, обладающее такими свойствами и проявлениями, которые не заметны и не существуют для отдельного предмета, составляющего совокупность».

  Исследуя живое вещество как совокупность всех живых организмов нашей планеты. Вернадский выявил и его роль в становлении биосферы, поддержании ее устойчивого функционирования и эволюции. Он сформулировал и развил биогеохимическую концепцию биосферы   Последняя была изложена Вернадским в труде «Биосфера» (1926).

  В работах 20-х гг. им подчеркивалась и общность методологических принципов познания природных объектов и процессов. Именно понимание их как совокупностей и использование статистических приемов их познания и описания позволяет вскрыть в них и общие закономерности. В совокупностях, будь то живые организмы или «газовые смеси, песчаные массы, звездные потоки, раз только мы изучаем их как законы совокупностей, они подчинены законам больших чисел». Даже случайное поведение отдельного элемента этой совокупности оказывается подчинено определенному статистическому закону. Так случайность стала предметом научного познания.

  Внутри отмеченных Вернадским совокупностей и других складываются и более сложные причинные связи. В них нельзя предсказать появление какого-либо единичного события, так как оно случайно. Молено установить только вероятность его наступления. В этих исследованиях «совокупность с входящими в нее случайными явлениями предстает как вероятностная система».

  В таких системах и детерминация процессов предстает в другой форме. Ее своеобразие связано с наличием статистических закономерностей различного рода совокупностей. В результате постижения таких закономерностей к середине 20-х гг. была сформулирована развитая теория вероятностей. Вернадский не только показал эвристическую ценность вероятностных идей в познании биосферных процессов, но и сформулировал на их основе и развил подлинно научную концепцию биосферы. Это было переломным, революционным явлением в науке первой половины XX в. Вот почему автор согласен с выводом Ю.В. Сачкова, что «вхождение вероятности в науку произвело в ней великую концептуальную революцию».

  Одной из сторон этой революции было утверждение в системе научного знания вероятностной формы детерминизма. На место механистического детерминизма классического периода развития науки в 20-е гг. XX в. в систему ее методологических основ был введен детерминизм, опирающийся на статистические закономерности. Такой детерминизм отражал специфические особенности детерминации в разного рода совокупностей объектов и процессов. Причем отражал глубже и полнее, чем это осуществлялось механистическим детерминизмом. В силу этого вероятностный детерминизм е самого начала своего обоснования становился парадигмальным для научного знания.

  Методологическую роль вероятностного детерминизма для естествознания отмечают и видные ученые современности. Так. И.Пригожин и И.Стенгерс пишут, что в настоящее время при осуществлении исследований природных процессов «мы не можем говорить более о причинности в каждом отдельном эксперименте. Имеет смысл говорить лишь о статистической причинности. С такой ситуацией мы столкнулись довольно давно – с возникновением квантовой механики, но с особой остротой она дала о себе знать в последнее время, когда случайность и вероятность стали играть существенную роль даже в классической динамике и химии. С этим и связано основное отличие современной тенденции по сравнению с классической».

Далее авторы указывают, что эта «современная тенденция» в химии находит свое выражение в использовании положений статистической теории при описании скоростей химических реакций. По их мнению, «только статистическое описание» таких реакций позволяет наиболее полно выразить сущность химических процессов. Вот почему и в понятийном аппарате современной химии надежно «прописались» и качественно новые для нее термины – «бифуркация», «флуктуация», «распределение вероятностей» и т.д., которые используются для описания статистического характера химических реакций и процессов.

  И. Пригожин подчеркивает важность вероятностных идей для всего научного знания. «Вероятность, – пишет он, – играет существенную роль в большинстве наук – от экономики до генетики. Тем не менее, до сих пор бытует мнение, что вероятность – всего лишь состояние ума. Теперь нам необходимо сделать еще один шаг и показать, каким образом вероятность входит в фундаментальные законы физики, классической или квантовой». Он раскрывает механизм «вхождения» вероятности в современную физику. Вопросы вероятностной детерминации физических процессов и явлений рассматривали также исследователи С.Т. Мелюхин. Ю.В. Сачков и др.

  Эвристическую ценность вероятностного детерминизма для многих областей научного знания видел и Вернадский. Он утверждал, что «закономерности совокупностей», установленные одной областью знания, следует «путем научной аналогии... переносить в область, мало изученную, подчиненную этим законам». Для Вернадского такой «мало изученной» областью являлись особенности организменного и видового уровня организации живого.

  Основные концепции их жизнедеятельности и развития в 20-е гг. еще строились на методологической основе механистического детерминизма, что приводило к весьма упрощенным трактовкам новейших достижений биологии, особенно в познании явлений наследственности, противостоянию научных и антинаучных (виталистических и ламаркистских) идей. Все это сдерживало развитие биологических знаний, на что неоднократно указывал Вернадский. Так, в работе «Биосфера» он писал, что «господствующие» виталистические и механистические представления о жизни «оказывают в изучении явлений жизни тормозящее влияние, запутывают эмпирические обобщения».

  Выход из сложившейся ситуации в области наук о живом Вернадский связывал с освоением биологами идей и представлений лидирующей в это время в естествознании физики. «Переворот, совершающийся в нашем XX в. в физике, – писал он, – ставит в научном мышлении на очередь пересмотр основных биологических представлений». Особенно представлений, базировавшихся на прежней механистической методологии (каузальная эмбриология, классическая генетика и т.д.).

  Отход физики от механистического детерминизма и восприятие ею вероятностного детерминизма, опирающегося на статистические закономерности, обеспечило и ее бурное развитие. Включение таких закономерностей в методологические установки биологии и систему ее теоретических представлений способствовало бы, по убеждению Вернадского, такому же развитию и этой области знания. Ведь «в комплексах организмов – в живом веществе, да и в отдельных организмах – размножение, рост, т. е. работа превращения ими энергии солнечной в земную, химическую, – все подчиняется неизменным математическим законностям». В мире живого, пишет далее Вернадский, все «подчиняется мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системе атомов вещества и атомов энергии». Эти общие закономерности организации и движения природных объектов должна учитывать, по его убеждению, и биология.