Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Учение Вернадского о биосфере. 4

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение …..……………………………………………………………….. стр. 1

Понятие биосферы………………………………………………………… стр. 2
Сущность и структура биосферы ………………………………………. стр. 3
Учение Вернадского о биосфере………………………………………… стр. 5
Переход к ноосфере……………………………………………………… стр. 8

Заключение…………………………………………………………………… стр. 12

Список литературы ………………………………………………………… стр. 13

Введение

Земля и окружающая ее среда сформировалась в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Планета Земля образовалась около 4,7 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылевого вещества. Как и другие планеты, Земля получает энергию от Солнца, она достигает земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло - одно из главных слагаемых климата Земли, основа для развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток исходит так же и 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 и мантия, а к внешним - литосфера, гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли - биосфера.

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.

1. Понятие биосферы.

Понятие биосферы появилось в биологии в ХУIII веке, однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине ХIХ ст. в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин «биосфера» утрачивает свой прежний смысл. К идее биосферы в ее современной трактовке пришел Ж.–Б.Ламарк (1744–1829 гг.), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смыслу понятие «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс, который в книге «Происхождение Альп» (1873 г.) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее время для обозначения этой оболочки используются понятия «биота», «биос», «живое вещество», а понятие «биосфера» трактуется так, как его толковал академик В.И.Вернадский (1863–1945 гг.).

Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе «Биосфера» (1926 г.). В.И.Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли.

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.

2. Сущность и структура биосферы.

Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Несмотря на различную концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомарного кислорода) приходится на высоту 20–25 км, где толщина озонового слоя составляет 2,5–3 мм. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 микрон.

Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая размножение, они осуществляют в литосфере, гидросфере и на границе этих сред с атмосферой.

В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Именно здесь сконцентрированы все фотосинтезирующие растения и продуцируется первичная биологическая продукция. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

Нижняя граница биосферы в пределах литосферы лежит в среднем на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана. О более глубоком проникновении жизни в толщи литосферы сведений нет.

На границе атмо-, гидро - и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биогеосферой, или пленкой жизни. Только в ее пределах возможна жизнедеятельность и существование человека.

Суммарная биомасса живого вещества биосферы составляет 2–3 трлн т, причем 98% ее – это биомасса наземных растений. Биосферу населяют около 1,5 млн видов животных и 500 тыс. видов растений. Однако, если мысленно равномерно распределить все живое вещество по поверхности планеты, то получится слой толщиной всего около 2 см. Вместе с тем в процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет сегодня ведущую роль и выполняет следующие функции:

Живое вещество находится в постоянном энергетическом обмене с внешним миром. Оно является основным организующим элементом в поддержании круговорота веществ, обеспечении динамического равновесия экологических систем.

Процесс создания органического вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные соединения (вода, углекислый газ и др.). Так осуществляется круговорот органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получивший название малого, или биологического, (биотического) круговорота веществ в отличие от вызываемого солнечной энергией большого, или геологического, круговорота, наиболее ярко проявляющегося в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Большой круговорот происходит на протяжении всего геологического развития Земли и проявляется в переносе воздушных масс, продуктов выветривания, воды, растворенных минеральных соединений, загрязняющих веществ, в том числе радиоактивных.

Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы I порядка) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота.

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты.

Биосфера является чрезвычайно сложной экосистемой, работающей в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Как свидетельствуют данные исследований, по крайней мере последние 600 млн. лет характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся, изменялись лишь скорости геохимических процессов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь деятельностью живого вещества, обеспечивающей определенную скорость трансформации солнечной энергии и биогенной миграции атомов.

Вместе с тем вмешательство человека в природные круговороты приводит к серьезным изменениям в состоянии биосферы.

3. Учение Вернадского о биосфере.

По современным представлениям, биосфера – это особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского(1863 –1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ в. Значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине века. Этому способствовало развитие экологии и, прежде всего, глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием.

Учение Вернадского о биосфере – это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.

По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает в себя:

- живое вещество, образованное совокупностью организмов:

- биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.);

-косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы);

- биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы);

- радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяные атомы.

Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой. Биосфера - это специфическим образом организованное единство всего живого и минеральных элементов. Взаимодействие между ними проявляется в биогенной миграции атомов, осуществляющейся за счёт энергии солнечного излучения.

Происходящий в биосфере круговорот веществ, энергии и особей осуществляется при участии всех населяющих её организмов. Все живые существа являются частью одного целого, гигантской совокупности живых существ, живого покрова Земли.

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, или биологический, который развивается на основе большого и заключается в круговой циркуляции веществ между почвой, растениями, микроорганизмами и животными. Оба круговорота взаимосвязанные и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биологический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

В.И. Вернадский говорил об организации жизни в планетном масштабе.

Биологический круговорот, основанный на взаимодействии синтеза и деструкции органического вещества, - наиболее существенная форма этой организации.

Биологический круговорот имеет ряд циклов. Наиболее существенными из них являются циклы, связанные с углеродом, кислородом, азотом, фосфором, серой и другими химическими элементами. Они непрерывно циркулируют в живом веществе и окружающей среде. При этом часть из них исключается из биологического круговорота и с помощью геохимических процессов закрепляется в осадочных отложениях или переносится в океан. В связи с изменением углеродного цикла в земной коре стали преобладать окислительные процессы, что обусловило в ней скоплений угля, нефти, битумных веществ, торфа, нефтеносных сланцев, сапропеля.

Круговорот кислорода на Земле идёт в направлении, обратном круговороту углерода. Как и последний, он состоит из двух, в значительной мере ,самостоятельных круговоротов в атмосфере и гидросфере, между которыми тоже происходит обмен. Океаны служат главными регуляторами баланса , как кислорода, так и двуокиси углерода атмосферы.

С развитием индустриального производства появились новые потребители свободного кислорода. В настоящее время при сжигании топлива на металлургическую и химическую промышленность, коррозию металлов и окисление отходов ежегодно расходуется 10-16% биогенного образования, что в дальнейшем может нарушить его нормальный круговорот.

Несмотря на огромный запас азота в атмосфере, круговорот его происходит главным образом между организмами и почвой. Доминирующую роль в нём играют микроорганизмы, под деятельностью которых белковые вещества трупов животных постепенно превращаются в аммонийные соединения, нитраты и нитриты. Они служат основным источником азота для растений.

Круговорот фосфора относительно прост и весьма неполный. Этот элемент является одной из основных частей живого вещества, в котором он содержится в довольно большом количестве. Основные запасы фосфора содержат различные горные породы, которые постепенно отдают фосфаты в экосистемы. Фосфаты потребляются растениями и используются ими для синтеза органических веществ. При разложении трупов животных бактериями фосфаты возвращается в почву и снова используются растениями. Кроме того, часть фосфатов выносится водотоками в море, и это обеспечивает существование фитопланктона и всех зависящих от него пищевых цепей. Часть фосфора из морской воды может вернуться на сушу (в виде гуано и т. д.)

Поскольку на Земле запасы фосфора, который необходим для функционирования экосистем, незначительны, то любые воздействия человека на его биологический круговорот имеют отрицательное воздействия.

Фосфор является основным фактором, лимитирующим рост автотрофных организмов, как в водной среде, так и в неземных биотопах.

Этот же элемент контролирует основную часть первичной продукции биосферы.

Фосфор - главный регулятор всех других биогеохимических круговоротов.

Количество нитратов в воде зависит или кислороде в атмосфере зависит от состояния круговорота фосфора.

Под влиянием хозяйственной деятельности человека круговорот фосфора в природе значительно изменяется; происходит его перераспределение по территории Земли. В одних местах наблюдается фосфоризация суши т. е. увеличение содержания фосфора в различных объектах природной среды, в других - его потеря (дефосфоризация).

Отсутствие систематического удобрения почвы фосфорными удобрениями ведёт к их обеднению фосфором. Фосфор - наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает человека.

В биосфере основные запасы серы содержатся главным образом в виде пиритов и сульфатов (например, гипс).

Несмотря на наличие ряда газообразных соединений серы, преобладающая часть круговорота этого элемента имеет осадочную природу и происходит в почве и воде.

Основной источник серы, доступный живым существам, - это всевозможные сульфаты. Их хорошая растворимость в воде облегчает доступ неорганической серы в экосистемы.

Поглощая сульфаты, растения восстанавливают серосодержащие аминокислоты.

Различные органические отбросы экосистемы разлагаются гетеротрофными бактериями, которые в конечном итоге вырабатывают сероводород. Последняя фаза круговорота серы полностью осадочная. Сера выпадает в осадок в анаэробных условиях в присутствии железа. Различные этапы этого процесса, особенно обратимые, в дальнейшем позволяют использовать запасы осадочных пород.

Процесс заканчивается медленным и постепенным накоплением серы в глубоколежащих осадочных породах.

Наиболее важным и самым общим результатом биогенного преобразованием скальных пород в почву явилось появление гумусового слоя, покрывшего поверхность суши. Независимо от своей мощности этот гумусовый слой является наиболее активной частью почвенного покрова.

Биосфера Земли появилась в самые поздние геологические эпохи, одновременно с возникновением органической жизни. Как общепланетарная оболочка биосфера эволюционировала вместе с изменением форм, структуры и организации жизни.

Вслед за появлением происходило увеличение числа их видов. В дальнейшим имело место усложнение их организации и увеличение их размеров, одновременно - приспособление организмов к окружающей среде. Образовались сложные трофические (пищевые) и хорологические (пространственные) взаимосвязи между растительными и животными организмами и средой их обитания. Современная структура биосферы характеризуется строгой организованностью, биологическим равновесием численности и взаимной адаптированностью составляющих её организмов.

Наиболее важной функцией биосферы является регулярное создание живого вещества. Этот процесс становится всё более и более важным в жизни планеты и использовании её ресурсов.

В сжатом виде идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы могут быть формулированы следующим образом:

Вначале сформировалась литосфера – предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше – биосфера.

В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т.е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

Живые организмы – главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью». (В. Вернадский)

Грандиозный геологический эффект деятельности обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

В целом учение Вернадского о биосфере заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы. Практическое значение учения о биосфере огромно. В наши дни оно служит естественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающей природной среды.

4. Переход к ноосфере.

Идея о Ноосфере — «Сфере Разума», закономерно возникающей как высшая стадия эволюции Биосферы, также связана в первую очередь с именем великого русского учёного В.И. Вернадского. Он является общепризнанным создателем учения о Биосфере, которое во второй половине ХХ века обрело статус научной теории и завоевало общее признание мировой науки. С учением о Ноосфере дело стоит сложнее. Идеи Вернадского о ноосфере разбросаны по многим его сочинениям, но законченного труда, в котором представления о ноосфере были бы изложены с такой же полнотой, как о биосфере, нет. Поэтому существует несколько пониманий термина «ноосфера» и его содержания, и формирование научных основ ноосферы ещё далеко не закончено. Ноосферология – это новая наука, возникающая в наши дни, которая может (а по убеждению многих, и должна) стать основой нового мировоззрения, способного определить место и роль человечества во Вселенной и направление его эволюции.

О космической роли человечества В.И. Вернадский стал размышлять еще в конце 80-х годов XIX века. Изучение закономерностей процессов перемещения химических элементов в геологических оболочках – литосфере, гидросфере и атмосфере – привело его к созданию новой науки – «геохимии». В 1923 году, читая лекции по геохимии в Сорбонне, Вернадский впервые обосновал идею о том, что человечество стало самостоятельной геологической силой, влияние которой на перемещение элементов в геологических оболочках земли огромно. Лекции Вернадского были изданы в Париже в 1924 году и привлекли внимание двух замечательных французских мыслителей. Ими были математик и философ Эдуарда Ле Руа ( 1870-1954) и его друг, палеонтолог , профессор кафедры геологии Католического университета в Париже , член ордена иезуитов Мари Жозеф Пьер Тейяр де Шарден (1881 – 1955). Оба учёных были увлечены идеями А. Бергсона о «творческой эволюции», популярными в начале ХХ века. В 1928 Э. Ле Руа в книге «Происхождение человечества и эволюция разума», писал: «Начиная с человека, эволюция осуществляется новыми, чисто сихическими средствами: через промышленность, общество , язык , интеллект итд, и таким образом биосфера переходит в ноосферу». Здесь впервые был предложен термин «ноосфера». Он широко используется в главной работе Тейяра «Феномен человека» В.И. Вернадский, с присущей ему скромностью, писал позже : «Я принимаю идею Леруа о ноосфере. Он развил глубже мою биосферу».

Наряду с термином «ноосфера» для обозначения всей совокупности процессов, связанных с разумной деятельностью человека на планете, предлагались также термины «Интеллектосфера» (А. Гумбольдт), «Техносфера» (А.И. Ферсман), «Пневматосфера» (П.В. Флоренский), «Семиосфера» (Ю.М. Лотман). Однако именно термин «ноосфера» оказался наиболее содержательным и перспективным.

Существует ли ноосфера, как объективное явление, или же это некая абстрактная игра ума? Отвечая на этот вопрос, сразу же надо разъяснить часто встречающееся недоразумение, связанное с тем, что в термин «ноосфера» разные авторы вкладывают различный cмысл.

Во-первых, ноосферу можно определить, аналогично биосфере как географическую оболочку земного шара, в которой основную роль играют превращения вещества, энергии и информации, связанные с деятельностью «человека разумного». В этом смысле ноосфера появилась одновременно с возникновением вида Homo sapiens и является предметом изучения в первую очередь естественных наук. Второй смысл, обычно ассоциируемый с термином «ноосфера», связан с пониманием ноосферы как проекта, идеала, такой организации деятельности человека на планете, которая была бы в полном смысле слова разумной, обеспечивала оптимальную «коэволюцию» (Н.Н. Моисеев) биосферы и человечества, опирающуюся на гармоничное сосуществование различных культур и народов, «цветущее многообразие» (К.Н. Леонтьев) которое не менее важно для устойчивости ноосферы, чем разнообразие видов для иосферы. В этом смысле ноосфера находится в стадии становления, преодолевая в процессе своего формирования огромные трудности, возникая «в грозе и буре». Кроме этого, в массовом сознании существует некое эзотерическое представление о ноосфере как ментальном поле”, в котором вокруг Земли летают мысли всех людей – эти представления связаны с примитивно-мифологическим типом бытового сознания и к научному пониманию ноосферы имеют очень отдалённое отношение.

Ф. Т. Яншина, глубокий исследователь трудов В. И. Вернадского, выявила в его трудах ряд положений, характеризующих условия ноосферной организации процессов на Земле:

1. Заселение человеком всей планеты.

2. Резкое преобразование средств связи и обмена информацией.

3. Усиление связей, в том числе политических, между странами Земли.

4. Начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.

5. Расширение границ биосферы и выход в космос.

6. Открытие новых источников энергии.

7. Равенство людей всех рас и религий.

8. Увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.

9. Свобода научной мысли и научного поиска от давления религиозных, философских и политических построений.

10. Эффективная система народного образования и жизнеобеспечения.

11. Ликвидация возможности недоедания, голода и нищеты, сведение к минимуму болезней.

12.Разумное преобразование природы Земли с целью сделать её способной удовлетворить материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения.

13 Исключение войн из жизни общества.

Условия 1-6 можно считать выполненными – на Земле не осталось мест, недоступных для человека; появилась общепланетная сеть независимых коммуникаций – интернет, новые средства переработки информации и усиления интеллектуальных возможностей человека – компьютеры; объем горных пород, извлекаемых из глубин Земли всеми шахтами и карьерами мира почти в два раза превышает средний объем лав и пеплов, выносимых ежегодно всеми вулканами Земли; космос стал привычной ареной серьёзных проектов; возникают мощные международные общественные и политические структуры, способствующие объединению человечества. Человеку стали доступны совершенно новые источники энергии.

Выполнение условий 7-13 пока что далеко от осуществления. Именно в этих областях будут протекать основные процессы, связанные с формированием ноосферы – в первую очередь, появление «человека действительно разумного», осознавшего своё место и назначение во Вселенной и умеющего быть повелителем, а не рабом своих животных потребностей (к которым относятся не только питание и секс, но и властные амбиции, являющиеся наследием биологических стадных инстинктов, связанных с определением иерархического положения в стае).

В отечественной мысли предтечами учения о ноосфере являются яркие и оригинальные мыслители, объединяемые сегодня как представители «русского космизма». К ним относятся в первую очередь Николай Фёдорович Фёдоров (1828-1903), религиозные философы Владимир Сергеевич Соловьёв (1853-1900), Сергей Николаевич Булгаков (1871-1944), Павел Александрович Флоренский (1882-1937), Николай Александрович Бердяев (1874-1948), последователи Н.Ф. Фёдорова Александр Константинович Горский (1886-1943) и Николай Александрович Сетницкий (1888-1937), Валерьян Николаевич Муравьёв (1885-1932); естествоиспытатели Сергей Андреевич Подолинский (1850-1891), Николай Алексеевич Умов (1846-1915), Константин Эдуардович Циолковский (1858-1935), Александр Леонидович Чижевский (1897-1964), Николай Григорьевич Холодный (1882-1953), Василий Фёдорович Купревич (1897-1969). В этом же ряду, безусловно, стоит и имя В. И. Вернадского.