Учение В.И. Вернадского о биосфере. 5

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ УПРАВЛЕНИЯ И БЕЗОПАСНОСТИ ПРЕДПРИИМАТЕЛЬСТВА

 

 

 

Кафедра управления качеством

 

 

 

 

 

Реферат

 

На тему: «Учение  В.И.Вернадского о биосфере»

 

По дисциплине: концепции современного естествознания

 

 

 

 

 

 

 

              Проверил: ассистент Хамитов Р.М.

 

                                          Выполнил: студент группы ЭУШЗУ-01-10

                                                                                            Галин А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УФА-2012

 

 

Содержание

 

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

1. Понятие о биосфере………………………………………………….....4
2. Учение В. И. Вернадского о биосфере……………………....………...5

2.1. Круговорот химических элементов в биосфере…………...……….11

Заключение………………………………………………………………..….13

Список использованной литературы…………………………………….....14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Тема, которую я сегодня  выбрала, очень актуальна в наши дни. Актуальность обусловлена усилившимися негативными последствиями Научно-технического прогресса на природную среду, а также обострением экологической ситуации. Это все ставит под угрозу дальнейшее существование всего живого на Земле, а значит и нас с вами.

Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете  оказалась настолько велика, что  уже в первой половине 20 века возникло новое фундаментальное научное  направление в естествознании –  учение о биосфере.

Разработал учение о  биосфере и ноосфере выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский, который рассматривал биосферу как особую активную оболочку Земли, населенную живыми организмами, в которой деятельность всех живых существ вместе с человеком выступает как важнейший фактор, преобразующий природу.

Структурными единицами  биосферы являются биогеоценозы, основным же компонентом – живое вещество. Живое вещество – это совокупность организмов, участвующих в геохимических  процессах и различающихся массой, химическим составом, энергией. Именно живое вещество является носителем и создателем свободной энергии.

К биосфере относится  все, что живет, дышит, растет и питается.

Цель данной работы –  выявить роль учения В. И. Вернадского  о биосфере, дать анализ его учению.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие о биосфере

 

Понятие о биосфере вошло  в науку в какой-то степени  случайно. В 1875 году австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о различных  оболочках земного шара, впервые  употребил этот термин в последней  главе своей книги о происхождении  Альп. Однако эта концепция не сыграла заметной роли в развитии научной мысли до тех пор, пока в 1926 году в Ленинграде не были опубликованы две лекции русского ученого, натуралиста, философа Владимира Ивановича Вернадского. В его книги «Биосфера» содержалось изложение основных принципов и понятий этой теории. Концепция биосферы, которую мы принимает сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Э. Зюсса. Сам Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы подошел французский натуралист Жан Батист Ламарк, в чьих работах можно обнаружить немало геохимических идей.

Биосфера (от греческого БИОС и сфера - шар) – оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой  определяется деятельностью живых  организмов. В состав биосферы входят: нижняя части атмосферы, гидросфера и литосфера.¹ Гидросфера – водная часть биосферы, населенная живыми организмами, ее границы распространяются от поверхности мирового океана до ее дна. Литосфера – верхняя часть земной коры, поверхность ее на суше является областью развития континентальных и островных экосистем.²

Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Однако это  определение порождает ряд вопросов. Пропуская через фильтр воздух, взятый на больших высотах, можно найти  в нем споры бактерий и грибов. Но они не имеют 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 можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой, имеет неправильную форму, т. к. она окружена областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии.

Для биосферы как особой оболочки земного шара характерны: наличие значительного количества жидкой воды, на нее падает мощный поток энергии от Солнца, наличие поверхностей раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состоянии.

Для биосферы характерны следующие  функции:

- энергетическая – трансформация  солнечной энергии в растениях при фотосинтезе;

- газовая – формирование состава  атмосферы;

- концентрационная – накопление  минеральных веществ в тканях  растений и животных, образование  полезных ископаемых органического  происхождения (нефть, уголь, торф);

- окислительно-восстановительная – химическое превращение веществ с извлечением из них энергии для процессов жизнедеятельности;

- деструкционная – разложение  организмов после их смерти  и минерализация остатков, с последующим  их включением в круговорот  веществ.³

 

2. Учение В. И. Вернадского о биосфере

 

Автор нового учения – Владимир Иванович Вернадский в своих «Очерках геохимии»  отмечал, что идеи о значении жизни  как совокупного действующего явления, влияющего на ход планетарных  процессов, появлялись уже в трудах естествоиспытателей 17 века, в частности у Х. Гюйгенса. А в работе Ламарка «Гидрогеология» содержится попытка описания жизни в качестве планетарного явления.  В своей книге Вернадский пишет: «Живое вещество более или менее непрерывно распространено на земной поверхности, оно образует на ней тонкий, но сплошной покров, в котором концентрирована свободная химическая энергия, выработанная им из энергии Солнца. Этот слой и есть земная оболочка, которую Э. Зюсс назвал биосферой и которая представляет одну из самых характерных черт организованности нашей планеты. Только в ней сосредоточена та особая форма нахождения химических элементов, которую мы назвали живым веществом».⁴

Далее Вернадский выделяет теорию нептунистов: «Теснейшим образом связанная с водой жизнь имела свое почетное место в созидании окружающей нас природы. Жизнь для нептунистов была огромной силой, а не случайным явлением в истории планеты».

Наделенный могучим воображением австрийский геолог Э. Зюсс мысленно увидел нашу планету из космоса и  выделил особые сферы – гидросферу, литосферу, биосферу. В его понимании биосфера – это лик Земли, земные ландшафты. В монографии «Происхождение Альп» он говорит о «самостоятельной биосфере» как об особой оболочке Земли, образованной живыми организмами. Он пишет, что понятие «биосфера» возникло как следствие идей Ж. Б. Ламарка и Ч. Дарвина о единстве органического мира. С работ Зюсса датируется начало биологического представления о биосфере.

Свои идеи о биосфере В. И. Вернадский изложил в ряде своих работ: «Очерки геохимии» (1927), «Химическое строение биосферы Земли и ее окружение» (1965), «Живое вещество» (1978).

В учении о биосфере определению  ее структуры первоначально не было уделено достаточного внимания. Вернадский ограничился лишь довольно беглым обзором  геологических оболочек и геосфер Земли. В дальнейшем основные усилия были направлены на исследование отдельно суши и океана, а также биосферы как целого с ее геохимией, круговоротами веществ и потоком энергии, порождающим эти круговороты, с одной стороны, и на изучение элементарных экосистем – биогеоценозов с их энергетико-вещественными свойствами, с другой. Если провести аналогию с организмами, то в поле зрения попали прежде всего индивид как целое, самые крупные его блоки и отдельные клетки, а составленные ими ткани, органы и системы органов – вся внутренняя иерархия систем – оказались вне поля пристального внимания.

Под биосферой Вернадский понимал  тонкую оболочку Земли, в которой  все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном – тонким, в несколько мм, слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью целиком, до дна самых глубоких впадин в 10 км. В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях). Занимаясь созданной им биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, В. И. Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Он сформулировал три биогеохимических принципа:

- Биогенная миграция химических  элементов в биосфере всегда  стремится к максимальному своему  проявлению. Не могу не заметить, что этот принцип в наши дни нарушен человеком.

- Эволюция видов в ходе геологического  времени, приводящая к созданию  устойчивых в биосфере форм  жизни, идет в направлении,  усиливающем биогенную миграцию  атомов. Этот принцип при антропогенном  измельчании средних размеров  особей начинает действовать аномально интенсивно (лес сменяется лугом, крупные животные мелкими).

- Живое вещество находится в  непрерывном химическом обмене  с окружающей его средой, создающейся  и поддерживающейся на Земле  космической энергией Солнца. Вследствие нарушения двух первых принципов космические воздействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.

Данные геохимические принципы соотносятся со следующими выводами Вернадского: - каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи с другими организмами и неживой природой;

- жизнь со всеми ее проявлениями  произвела глубокие изменения  на нашей планете. Совершенствуясь  в процессе эволюции, живые организмы  все шире распространялись по  планете, стимулируя перераспределение энергии и вещества.

Основная задача в изучении эволюции биосферы, по мнению Вернадского, заключалась  в установлении связи «эволюции  видов с механизмом биосферы, с  ходом биогеохимических процессов».

Биосфера Вернадского неразрывно связана с его концепцией пространства-времени, т. е. она трехмерна и геоисторична. Сведение ее к современной жизнедеятельной пленки планеты не просто обедняет понятие биосферы, а лишает ее самой основы – бесконечной длительности эволюции, сложности неравномерного исторического развития, его непрерывности, направленности и необратимости.

Биосфера, как считает  Вернадский, сразу возникла как система, состоящая из примитивнейших безъядерных  организмов – прокариот. Одни из них  питались готовыми органическими веществами – это были гетеротрофные бактерии. Другие же могли использовать энергию химических связей для созидания органического вещества. Такие организмы названы хемотрофами. Вместе они и создали систему пищевой зависимости или биологический круговорот. Ранее считалось, что время возникновения этого круговорота архей – древнейшая эра жизни (2,8 млрд. лет назад), сейчас же говорят о катархейской эре (уже 3,8 млрд. лет назад). Для Вернадского же жизнь на Земле – геологически вечное явление.

Верхняя граница биосферы, по Вернадскому, проходит на высоте 15-20 км, охватывая тропосферу и нижнюю часть стратосферы: озон находится у полюсов в слое 8-30 км, в тропиках 15-35 км. Снизу биосфера ограниченна отложениями на дне океанов (до глубины свыше 10 км) и глубиной проникновения в недра Земли организмов и воды в жидком состоянии. Подстилающая литосфера, верхняя стратосфера, ионосфера и космическое пространство служат биосфере средой. Основной энергетический источник, обеспечивающий функционирование биосферы,- энергия Солнца. Таким образом, биосфера – это особая термодинамическая открытая оболочка Земли, вещество, энергетика и организация которой и обуславливаются взаимодействием ее биотического и абиотического компонентов. Она включает совокупность организмов и их остатки, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, населенные организмами и изменяемые их деятельностью.

Учение Вернадского  о биосфере объединяет в единое целое  взаимодействие живых организмов (живое вещество) и косное вещество. Вещество биосферы, по мнению ученого, сложно и имеет несколько компонентов:

- совокупность живых организмов – живое вещество;

- вещество, создаваемое  и переработанное живыми организмами,- биогенное вещество (каменный уголь, известняки, нефть);

- косное вещество, образуемое  процессами, в которых вещество  не участвует (твердое, жидкое, газообразное);

- биокосное вещество, которое создается одновременно  живыми организмами и косными  процессами, представляя динамическое равновесие системы тех и других (почти вся вода биосферы, нефть, почвы, кора, выветривание). Организмы в них играют ведущую роль;

- вещество, находящееся  в процессе радиоактивного распада;

- рассеянные атомы,  которые непрерывно создаются  из различных видов земного вещества под влиянием космических излучений, потоки которых непрерывно поступают в околоземное пространство. Их физический состав требует дальнейших исследований;

- вещество космического  происхождения, которое включает  отдельные атомы и молекулы, входящие в ионосферу из электромагнитного поля Солнца, проникающие из космического пространства.

В. И. Вернадский вводит понятие  живого вещества. Это совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах и соответственно отличающихся массой, химическим составом и энергией. Прежде всего живое вещество характеризуется огромной свободной энергией. Именно благодаря этой энергии в живом веществе очень быстро протекают сложнейшие превращения. Также живое вещество обладает стремлением к неограниченному распространению. Живое вещество в биосфере находится в виде самостоятельных тел, называемых индивидуальными организмами.⁵

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

Раскрывая смысл понятий  живого и косного веществ, ученый формирует 2 аксиомы: 1. Организмы берут все химические элементы, строящие их тела, из окружающей среды и возвращают их после смерти или при жизни в ту же среду. 2. Без небесных светил жизнь на Земле не может существовать.

Кроме животных и растений, как совокупность живых организмов, Вернадский включает сюда и человечество.

Решающее отличие живого вещества от костного заключается в следующем:

- изменения и процессы  в живом веществе происходят  значительно быстрее, чем в  косных телах. Поэтому для характеристики  изменений в живом веществе  используется понятие исторического,  а в косном теле – геологического  времени;

- в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие проявляется прежде всего в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно;

- только в живом  веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч. Дарвина (1859г);

- живые организмы изменяются  в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенно накопление таких изменений служит источником эволюции.

 

 

 

Круговорот химических элементов в биосфере

 

Создание органического  вещества и его распад обеспечивают постоянный обмен веществ и энергии между живыми организмами и средой их обитания. Это перемещение называется биогеохимическими циклами. В ходе этих циклов атомы многих элементов рано или поздно проходят через живые организмы. Так, посчитано, что для кислорода этот цикл составляет около 2000 лет.

В круговороте постоянно  находятся огромные массы органических и неорганических соединений. Он определяет судьбу многих жизненно важных химических элементов. Это относится к кислороду, углероду, азоту… Так, основной источник газообразного кислорода в атмосфере – это деятельность фотосинтезирующих организмов. Свободный кислород используется большинством живых существ при дыхании, а в неживом мире – в процессе окисления. Он включается в состав как органических, так и неорганических соединений, в том числе воды. Часть кислорода накапливается при захоронении карбонатов.

Круговорот углерода. В процессе фотосинтеза растения поглощают углерод в составе  углекислого газа. Продуцируемые  ими органические вещества содержат значительное количество углерода, распространяющегося в экосистеме по цепям питания. В процессе дыхания организмы выделяют углекислый газ. Органические остатки в море и на суше минерализуются редуцентами. Один из продуктов минерализации – углекислый газ – возвращается в атмосферу, замыкая цикл. В течение 6-8 лет живые организмы пропускают через себя весь углерод атмосферы. Ежегодно в процесс фотосинтеза вовлекается до 50 млрд. т углерода. Часть его накапливается в почве, на дне океана (в скелетах умерших организмов), часть в составе осадочных пород, часть образуется при сгорании природного топлива, часть сохраняется в древесине. Считается, что увеличение углекислого газа приводит к парниковому эффекту.

Круговорот азота. Значение азота для живых организмов определяется в основном его содержанием в белках и нуклеиновых кислотах. Азот входит в состав органических соединений. Главный источник азота – атмосферный воздух. Источники: образование окислов азота во время грозовых разрядов; фотохимическая фиксация; биогенная фиксация азота.

Круговорот воды. Пары воды в большом количестве содержатся в атмосфере. Часть осадков перехватывается  растениями и либо поглощается, либо перераспределяется в виде капель. Значительная ее часть в итоге  испаряется. Вода растворяет разнообразные химические соединения.

Круговорот серы. Сера входит в состав ряда аминокислот  и белков. Соединения серы поступают  в круговорот в основном в виде сульфидов из продуктов выветривания пород суши и морского дна. Ряд  микроорганизмов переводят сульфиды в доступную для растений форму – сульфаты. Растения и животные отмирают, минерализация их остатков редуцентами возвращает соединения серы в почву. Количество серы увеличивается при сжигании природного топлива.

Круговорот фосфора. Этот элемент содержится в ряде жизненно важных молекул. Его круговорот начинается вымыванием фосфорсодержащих соединений из горных пород и поступлением их в почву. Часть фосфора уносится в реки и моря, часть усваивается растениями. Значительные количества фосфора вносятся на поля с удобрениями.

Интенсивно потребляя  природные ресурсы, человеку необходимо соблюдать природное равновесие. Сбалансированность ресурсов в круговороте  веществ определяет устойчивость биосферы.

Основой разумного управления биосферой должны быть достаточные  и точные знания о закономерностях и масштабах возможных изменений в ней, которые не нарушили бы ее главного свойства – круговорота веществ в процессе эволюции человечества и биосферы, перерастания биосферы в ноосферу.

 

 

 

 

 

Заключение

 

Биосфера включает в  себя три оболочки: воздушную – атмосферу, водную – гидросферу, твердую – литосферу. По сравнению с размерами самой Земли биосфера представляет собой тончайшую пленку. Изучая биосферу, В. И. Вернадский показал ее связь с геологическими процессами на Земле. А также выдвинул идею взаимоприспособленности организма и среды на основе общности химического строения живой и неживой природы.

Биосфера не может  существовать без непрерывного биогеохимического круговорота веществ. Для существование биосферы необходимо непрерывное поступление энергии. Ее главным источником является световое и тепловое излучение Солнца.

Изучение биосферы становится все более важной и актуальной задачей. Это вызвано непрерывно возрастающим и усложняющимся воздействием человека на окружающую среду. Уже сейчас мы должны уметь ясно предвидеть все возможные последствия нашего влияния на природу. Особенно важно иметь представление о роли живых организмов – основной движущей силы в биосфере. Судьба биосферы – проблема, касающаяся не только ученых, но и каждого из нас.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1. Философия и методология науки: В. И. Вернадский. Учение о биосфере. / П. С. Карако.- М.: Экоперспектива, 2007.- 208 с.
2. Остроумов С. А. Химико-биотические взаимодействия и новое в учении о биосфере В. И. Вернадского.- М.: Макс-пресс, 2009.- 51 с.
3. Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник.- М.: Просвещение, 1992.- 320 с.
4. Локшин Г. И. Биология. Словарь-справочник для студентов вузов.- М.: Лист-Нью,2008.- 480 с.
5. Чижевский А. Е. Экология.- М.: ООО «Фирма Издательство АСТ», 2009.- 432 с.
6. Вернадский В. И. Живое вещество и биосфера.- М.: Наука, 1994.
7. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера.- М.: Рольф, 2002.
8. Карпенко С. Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов.- М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 2007.- 520 с.
9. Горелов А. А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие, практикум, хрестоматия.- М.: Гуманит. Изд. Центр ВЛАДОС, 2000.- 512 с.

 

 

 

 

 

 

 

¹ Локшин Г. И. БИОЛОГИЯ. Словарь-справочник для студентов вузов.- М.: Лист-Нью, 2008.- с. 58-59.

² Локшин Г. И. БИОЛОГИЯ. Словарь-справочник для студентов вузов.- М.: Лист-Нью, 2008.- с. 105, с. 211.

³ Локшин Г. И. БИОЛОГИЯ. Словарь-справочник для студентов вузов.- М.: Лист-Нью, 2008.- с.57-58.

⁴ Вернадский В. И. Живое вещество и биосфера.- М.: Наука, 1994.

⁵ Чижевский А. Е. Экология.- М.: ООО «Фирма издательство АСТ», 2009.- С. 79-80.