Учение о биосфере В.И Вернадского

Содержание:

• Введение
• Состав биосферы
• Учение о биосфере В.И Вернадского
• Функции биосферы
• Заключение
• Список литературы

Введение

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – 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.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку  геологом из Австрии Эдуардом Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой  тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась  настолько велика, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании - учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Состав биосферы.  
Биосфера- обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями. 
Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э.Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитаюшую на поверхности Земли". Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов. Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов. Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов: 
* автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы; 
* гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений; 
* миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный). Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.  

Учение  В.И.Вернадского о  биосфере

Одним из выдающихся естествоиспытателей, который  отдал себя

изучению проходящих в биосфере процессов, был академик

В.И.Вернадский. Он стал основателем научного течения, названного им биогеохимией, которое легло современного в основу учения о биосфере. До появления  работ В. И. Вернадского роль живых организмов на Земле изображалась ученым очень скромной. истинно, казалось бы, какое может быть сравнение результатов их жизнедеятельности с мощью внутренних сил планеты, вздымающих высочайшие горы, разверзающих океанские пучины, передвигающих целые континенты.

В. И. Вернадский доказал, что, как бы мал ни был каждый организм в

отдельности, все  они, вместе взятые, на протяженности долгого отрезка

времени выдвигаются как мощный геологический фактор, дующийся главную 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 (в сотни миллионов лет) отрезков времени. Таким образом, приоритет в разработке теоретических основ учения о биосфере относится отечественным ученым. По определениям ученых, возраст Земли равен примерно 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 нынешних 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.

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 Вернадский 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 100C⁰ 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:

· формы биологической систематики, включающие популяции, виды, роды,

семейства и  др., принятые в ботанике и зоологии;

· 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;

· 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 в 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 неживого. 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 .

Функции биосферы                   

  Атмосфера. Это воздушная оболочка,  состоящая в основном из азота

и кислорода; достигает  мощности до 20000 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 часть воды составляет (95%) заключена в Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности Земного шара. Общая масса океанических вод- свыше 1300 млн. км³. Около 24 млн. км³ 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. км³ (из них половина соленые), а рек – 0,002 млн. км³. Количество воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001 млн. км³. 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, образуется в почвенном слое, глубина которого обычно не более нескольких метров. Почвы показаны 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 может происходить длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических элементов. Применяя неорганические вещества, зеленые растения за счет энергии Солнца создают органическое вещество, которое другими живыми существами – гетеротрофами – разрушается, чтобы продукты этого разрушения могли быть использованы растениями для новых органических синтезов.

Заключение

В целом, предложенный В.И.Вернадским научный подход к  изучению всех природных явлений  в рамках биосферы - области нахождения живых организмов вероятно, правильный. Однако, вопрос о совершающемся (или  совершённом) переходе биосферы в новое  состояние ноосферу - является вопросом философским, и поэтому на него нельзя дать строгий, однозначный ответ. Идеи Вернадского намного опережали то время, в котором он творил. В полной мере это относится к учению о биосфере и ее переходе в ноосферу. Только сейчас, в условиях необычайного обострения глобальных проблем современности, становятся ясны пророческие слова Вернадского о необходимости мыслить и действовать в планетном — биосферном аспекте. Только сейчас рушатся иллюзии технократизма, покорения природы и выясняется сущностное единство биосферы и человечества. Судьба нашей планеты и судьба человечества — это единая судьба. 
Необходимо иметь в виду, что задача созидания биосферы — это задача сегодняшнего дня. Ее решение связано с объединением усилий всего человечества, с утверждением новых ценностей сотрудничества и взаимосвязи всех народов мира. В нашей стране идеи учения о биосфере органично связаны с революционной перестройкой социалистического общества. Народовластие, демократические принципы общественной жизни, возрождение культуры, науки и народной жизни, коренной пересмотр ведомственного подхода к природопользованию и т. п. 
Устремленность в будущее, таким образом,— характерная черта учения о биосфере, которое в современных условиях необходимо развивать со всех его сторон.

Список  литературы: 
1. Вернадский В.И. Несколько слов о ноосфере. // Владимир Вернадский: Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков./Сост. Г.П.Аксенов. - М.: Современник, 1993. 
2. Вернадский В.И. О коренном материально-энергетическом отличии живых и косных тел биосферы. // Владимир Вернадский: Жизнеописание. Избранные труды. Воспоминания современников. Суждения потомков./Сост. Г.П.Аксенов. - М.: Современник, 1993. 
3. Сб. "Биосфера" ст. "Несколько слов о ноосфере" М.,Мысль,1967. "В.И.Вернадский. Материалы к биографии" М.,изд-во "Молодая гвардия",1988.  
4. Вернадский В.И. Общее понятие о биосфере. // Вернадский В.И. Начало и вечность жизни./Сост., вступ. ст., коммент. М.С.Бастраковой, И.И.Мочалова, В.С.Неаполитанской. - М.: Сов. Россия, 1989. 
5. Соколов Б.С. Вернадский и XX век. // Природа. 1988, №2. 
6. Лапо А.В. “Следы былых биосфер”, М. – 1979г. 
7. Вернадский В.И. Начало и вечность жизни. // Вернадский В.И. Начало и вечность жизни./Сост., вступ. ст., коммент. М.С.Бастраковой, И.И.Мочалова, В.С.Неаполитанской. - М.: Сов. Россия, 1989.