Реферат Учение В.И.Вернадского о биосфере
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Содержание
Введение………………………………………………………………………….3
Глава 1. Учение В.И.Вернадского о биосфере…………………………………4
1.1. В.И.Вернадский о биосфере и “живом веществе”…………………………4
1.2.Основы концепции ноосферы В.И. Вернадского………………………….10
2. Биосфера – глобальная экосистема Земли…………………………………..20
2.1.Сущность и структура биосферы…………………………………………...20
2.2. Характеристика главных типов веществ биосферы………………………23
Глава 3. Основные направления эволюции биосферы………………………..27
Заключение……………………………………………………………………….31
Список использованных источников и литературы…………………………..34
Введение
Биосфера – это среда нашей жизни, это та природа, которая нас окружает, о котором 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).
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.
Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., содержание термина биосфера рассматривалось многими другими естествоиспытателями.
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.
Глава 1. Учение В.И.Вернадского о биосфере
1.1. В.И.Вернадский о биосфере и “живом веществе”
В буквальном переводе термин “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). 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. 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. Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:
1. автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
2. гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
3. 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.
Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И. Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И. Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.
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.
В.И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей. В.И. Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды. Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т. д.
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.
Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.
По мнению В.И.Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:
· открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
· явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно, поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.
Решающее отличие живого вещества от косного 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 косных телах – геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;
· в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, 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 (1859 г.);
· живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.
В.И.Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.
Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы "не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше”. В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.
Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать – на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые. В.И.Вернадский подробно рассматривает наиболее интересные точки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы пока не существует. Сам он как ученый вначале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останки жизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И.Вернадского, дают возможность высказать предположение, что жизнь как материя и энергия существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой, оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в том числе и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всяком случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвигают достаточно обоснованные гипотезы и модели происхождения жизни.
Предположения относительно абиогенного, или неорганического, происхождении жизни делались неоднократно еще в античную эпоху, например, Аристотелем, который допускал возможность возникновения мелких организмов из неорганического вещества. С возникновением экспериментального естествознания и появлением таких наук, как геология, палеонтология и биология, такая точка зрения подверглась критике как не обоснованная эмпирическими фактами. Еще во второй половине XVII в. широкое распространение получил принцип, провозглашенный известным флорентийским врачом и натуралистом Ф.Реди, что все живое возникает из живого. Утверждению этого принципа содействовали исследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578 – 1657), который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность возникновения жизни абиогенным путем.
В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических методов в биологические исследования снова и все настойчивее стали выдвигаться гипотезы об абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили о химической эволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической, стадии возникновения жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными, но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал ни божественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенес возникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность ее появлении в биосфере при определенных условиях. Он писал: “Принцип Реди... не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки.”
Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.
1.2.Основы концепции ноосферы В.И. Вернадского
В 1923 году Вернадский в своих лекциях по геохимии, прочитанных в Париже, впервые указал на явление дисимметрии нашей планеты на примере "подвижной части земной коры" — астеносферы в районе Тихого океана: " Существование дисимметрии (не сплошных оболочек) указывает, что их происхождение тесно связано с геологическими явлениями в истории нашей планеты, имеющих планетарный характер. Оно отражается коренным образом на всех явлениях, имеющих место на Земле, и на всех исканиях, с Землей связанных" (В.И. Вернадский). Вернадский впервые получил количественный показатель, подтверждающий дисимметрию планеты и указал на возможность нахождения "дисимметричных явлений" даже в Космосе.
Он так же отмечал, что особую роль в биосфере играют биологические круговороты, где важнейшим процессом является фотосинтез, осуществляемый растительностью планеты, которая оказывает влияние на все компоненты природного комплекса биосферы — атмосферу, гидросферу, почву, животный мир. Велика роль растений в жизни человеческого общества. Они создают необходимую среду существования и снабжают ее различными веществами. Перенос вещества и энергии осуществляется затем посредством пищевых цепей.
К своеобразной разновидности круговоротов в биосфере относятся ее ритмические изменения. Ритмикой называется повторяемость во времени комплекса процессов, которые каждый раз развиваются в одном направлении. При этом различают две ее формы: периодическую — это ритмы одинаковой длительности (время оборота Земли вокруг оси) и циклическую — ритмы переменной длительности. Периодичность в биосфере проявляется во многих процессах: тектонических, осадконакоплении, климатических, биологических и многих других. Ритмы бывают разной продолжительности: геологические, вековые, внутривековые, годовые, суточные и т.д.
Ритмичность — это форма своеобразной пульсации биосферы как целостной системы, причем ритмы, как и круговороты веществ, замкнуты в себе. Знание и учет ритмических явлений необходимы при рациональном природопользовании и охране естественных ресурсов нашей планеты.
Развивая учение о биосфере, Вернадский пришел к следующим выводам: "Биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к максимальному своему проявлению". Вовлекая неорганическое вещество в "вихрь жизни", в биологический круговорот, жизнь способна со временем проникать в ранее недоступные ей области планеты и увеличивать свою геологическую активность.
Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой — взаимодействие живого и костного вещества. Он писал: "Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей".
Взаимодействие живого и костного вещества характеризуется, прежде всего, тем, что часть энергии костного вещества усваивается, ассимилируется живым веществом. Эта новая геологическая сила изменяет организацию поверхности Земли. Количество накопленной потенциальной энергии увеличивается. Живое вещество становится, таким образом, регулятором действительной энергии биосферы.
В биосфере виды и роды растительных и животных организмов взаимосвязаны, продолжительность средней жизни есть производное отбора, которое оптимально гарантирует выживание и компенсирует потомство. Величина необходимой поглощаемой энергии у автотрофных и гетеротрофных организмов лимитируется этой основной закономерностью эволюционного процесса. "...В земной коре в результате жизни и всех ее проявлений происходит увеличение действительной энергии" (В. И. Вернадский).
"...Это увеличение активной энергии сказывается хотя бы в увеличении сознательности и в росте влияния в биосфере в геохимических процессах единого комплекса жизни. Оно создание, медленно шедшее в геологическом времени, такой геологической силы, какой является характерное для нашей психозойской эры цивилизованное человечество, ясно это показывает" (В. И. Вернадский).
"...Организмы представляют живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе, в энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением" (В. И. Вернадский). Самая существенная особенность биосферы — это биогенная миграция атомов химических элементов вызываемых лучистой энергией Солнца и проявляющихся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов. Эта биогенная миграция атомов подчиняется двум биогеохимическим процессам:
1. Стремится к максимальному явлению: возникает "всюдность" жизни.
2. Приводит к выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов.
"Эволюция видов, приводящая к созданию форм, устойчивых в биосфере, должна идти в направлении, увеличивающем проявление биогенной миграции атомов в биосфере" (В. И. Вернадский). Это биохимический принцип Вернадского утверждает высокую приспосабливаемость живого вещества, пластичность, изменчивость во времени.
В свих работах Вернадский не ограничился общим описанием биосферы и выяснением ее общих закономерностей. Проведя детальные исследования и выразив в формулах и цифрах активность живого существа, а так же проследив судьбу некоторых химических элементов в биосфере, например, общая масса живого вещества на Земле была подсчитана им в 1927 году, он представил приближенную величину порядка 10 г., или же 10 т. Вернадский писал: "Живое вещество по весу составляет ничтожную часть планеты. По-видимому, это наблюдается в течение всего геологического времени, т.е. геологически вечно. Оно сосредоточено в тонкой, более или менее сплошной пленке на поверхности суши в тропосфере — в полях и лесах — и проникает весь океан. Количество его исчисляется долями, не превышающими десятых долей процента биосферы по весу, порядка близкого к 0,25 %. На суше оно идет в больших скоплениях на глубину в среднем, вероятно, меньше 3 км. Вне биосферы ее нет". Однако эта величина оказалась завышенной. С тех пор разные исследователи производили свои оценки биомассы на Земле, которые приводили к разным величинам.
Научное и практическое значение Вернадского как основателя учения о биосфере состоит в том, что он впервые глубоко обосновал единство человека и биосферы.
Согласно современным представлениям, биосфера — это 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 верхние горизонты литосферы. Продукты жизнедеятельности живых существ относятся к весьма подвижным веществам, которые перемещаются в пространстве далеко за пределы обитания организмов. Поэтому естественно, что распределение живых организмов более ограничено в пространстве, чем вся биосфера в целом.
Возникновение жизни и биосферы представляют собой проблему современного естествознания. Постепенное развитие живого вещества в пределах биосферы, к переходу ее в ноосферу (от греческого "ноос" — разум). Под ноосферой понимают сферу взаимодействия природы и общества.
Ноосфера ("ноос" — по-гречески означает разум, дух.) — новое эмоциональное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. Для ноосферы характерно взаимодействие человека и природы: связь законов природы с законами мышления и социально-экономическими законами.
Иногда можно услышать мнение, будто бы введенное Вернадским понятие ноосферы не содержит в себе чего-либо нового и исчерпывается учением о географической среде обитания человечества. Однако вряд ли справедливо подобное отождествление. Категории "географическая среда" и "ноосфера" относятся не к совпадающим вещам, не перекрываются по смыслу. Географическая среда — та оболочка Земли, которая воздействует на условия жизни, производства, культуры, быта людей. Ноосфера — оболочка Земли, на которую воздействуют производство, культура, быт людей; сюда относятся и бывшие погребенные слои Земли, изменившиеся под влиянием прошлых антропогенных воздействий, не включенные в нынешнюю географическую среду. Ноосфера отражает планетарное воздействие общественного производства на верхние оболочки Земли; не все эти изменения входят непосредственно в географическую среду. Разрушение озонового слоя органическими растворителями и хладагентами уже идет, по элементом географической среды еще не стало, поскольку пока не влияет на производство, культуру, формы общения людей. Это — факт ноосферы, а не географической среды.
Ноосфера, по Вернадскому, требует качественно иного подхода: глобального управления планетарными процессами по единой разумной воле. Этот путь ведет к идеям социалистического планового общества без частной собственности, без войн.
Ноосфера сформировалась на Земле в результате воздействия или отражения божественного разума, духа. Примерно так понимал ноосферу Тейлор де Шарден, но не так — Вернадский. Вот что он написал, обосновывая зарождение и появление понятия ноосферы: "Впервые в истории человечества интересы народных масс — всех и каждого — и свободной мысли личности определяют жизнь человечества, являются мерилом его представлений о справедливости. Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободного мыслящего человечества как единого целого.
Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть "ноосфера".
В наши дни особую актуальность приобретает учение Вернадского о переходе биосферы в ноосферу, что может послужить основой фундаментальных исследований экологических проблем. С гениальной прозорливостью Вернадский предвидел научно-техническую революцию ХХ века со всеми ее последствиями для биосферы. Именно в познании закономерностей развития биосферы и лежит ключ к разумному природопользованию.
Прежде чем вплотную заняться изучением геохимии биосферы, Вернадский еще в 1913 году совершенно определенно, кратко, чрезвычайно интересно и содержательно охарактеризовал геохимическую деятельность человечества. Он писал: "В последние века появился новый фактор, который увеличивает количество свободных химических элементов, преимущественно газов и металлов, на земной поверхности. Фактором этим является деятельность человека".
Продолжая деятельность живого вещества, человек осуществляет такие химические реакции, которых не было раньше на Земле. Выделяется в чистом виде железо, олово, свинец, алюминий, никель и многие другие химические элементы.
Количество добываемых и выплавляемых человеком металлов достигает колоссальных размеров и возрастает с каждым годом. Еще более значительна добыча горючих полезных ископаемых.
При горении каменного угля и другого топлива идет образование углерода, азота и других продуктов. Это побочные, бессознательно осуществляемые процессы. К числу их относится и развитие некоторых видов микроорганизмов, сопровождающие деятельность человека.
"Еще большее влияние оказывает человек полным изменением лика Земли, которая производится им во все больших и больших размерах по мере развития культуры и распространения влияния культурного человечества. Земная поверхность превращается в города и культурную землю и резко меняет свои химические свойства.
Изменяя характер химических процессов и химических продуктов, человек совершает работу космического характера. Она является с каждым годом все более значительным фактором в минеральных процессах земной коры и мало — помалу меняет их направление" (В.И.Вернадский).
Вернадский настойчиво подчеркивал связь планетных и космических процессов. Он писал: "В нашем столетии биосфера получает совершенно новое понимание. Она выявляется как планетарное явление космического характера. Человечество как живое вещество неразделимо связанно с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли — с ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту". Здесь очевидно стремление научной мысли найти единство естественно-природных и социально-исторических процессов, увидеть и проанализировать ход воздействия. В этих целях Вернадский выделил так же особый этап в развитии биосферы, связанной с социальной деятельностью человека.
Вернадский сумел увидеть то, что давно было у всех перед глазами, объединил, казалось бы, несоединимое. В том и заключается великая простота и неожиданность научных открытий. Ученый стал исследовать геологическую деятельность человека в ее сходстве и различиях с другими природными геологическими силами. Геологическая роль человека недооценивалась учеными. Вернадский выявил некоторые геохимические и общегеологические закономерности деятельности человека на планете. Он совершенно справедливо связывал геологическую мощь человечества с техническим и промышленным прогрессом: "Вся история техники показывает нам, как постепенно человек научился видеть источник силы в природных предметах, казавшихся ему мертвыми, инертными, ненужными" (В. И. Вернадский). В 1938 году Вернадский писал: "Мы присутствуем и жизненно участвуем в создании в биосфере нового геологического фактора, не бывалого в ней по мощности....Создание ноосферы из биосферы есть природные явления, более глубокое и мощное в своей основе, чем человеческая история...".
Вернадский рассматривал биосферу как одну из геосфер, как геологическую оболочку, а не так, как это упрощенно понимают некоторые даже видные ученые — лишь как живую пленку планеты, то есть "свободное" от геологического прошлого и физической среды собрание живых организмов. Важно понять и представлять нерасторжимую сопряженность живого вещества, как выражался Вернадский, со всеми вещественными структурами Земли. Твердая оболочка планеты и сейчас, и всегда была связана с биосферой. Совершенно неверно ее разделение на несколько биосфер, она всегда была единой потому, что биосферный процесс на Земле никогда не прерывался. Нельзя отходить от геологического понимания биосферы и соответственно геологического значения человеческого разума. Это уже совершенно новое понимание управляющей планетарной роли человечества.
Человек — вершина космической эволюции: "С появлением на нашей планете одаренного разумом живого существа планета переходит в новую стадию своей истории. Биосфера переходит в ноосферу".
Труд человека, то есть основная форма его жизнедеятельности, есть в первую очередь взаимодействие его с природой. Человек проявляет эту свою способность не столько в качестве источника энергии или массы, сколько в виде специфического регулятора, возбуждающего действие одной силы природы против другой. Именно здесь возникает и проявляется "хитрость разума".
Особенно ярко и вдохновенно писал Вернадский о воздействии человеческой деятельности на природу в работе “Несколько слов о ноосфере", созданной в 1943 году: “Лик планеты — биосферы — химически резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно. Меняются человеком физически и химически воздушная оболочка суши, все ее природные воды. В результате роста человеческой культуры ХХ веке все более резко стали меняться (химически и биологически) прибрежные моря и части океана....Сверх того человеком создаются новые виды и расы животных и растений.”
Вернадский подчеркивал: " Научная мысль человечества работает только в биосфере и в ходе своего проявления в конце концов превращает ее в ноосферу, геологически охватывает ее разумом.
Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Ноосфера — последнее из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории — состояние наших дней".
В действительности существует лишь одна последовательность: биосфера-ноосфера, а механизмы, пути в космических, глобальных и региональных масштабах могут быть многочисленные и самые разнообразные. Сегодня преобразование биосферы в промышленных, аграрных и других целях осуществляется различно и не только в результате технического вмешательства человека. Например, все возрастающее число заповедных зон Земли есть важный элемент современного периода превращения биосферы в ноосферу. Вернадский сформулировал и изложил его лишь в самой первоначальной форме.
Учение о ноосфере намечает пути использования и развития природных сил в интересах человека, роста производительности общественного производства, рационального природопользования, сохранения и развития здоровья населения. Таким образом, интересы человечества легли в основу концепции Вернадского.
Классические научные представления Вернадского и их дальнейшее развитие в современном естествознании со всей ясностью указывают, что человечество становится все более мощной геологической силой, кардинальным образом преобразующей биосферу, поверхность планеты околоземное космическое пространство. Но тем самым человечество берет на себя ответственность за продолжение и регулирование многих важнейших биосферных процессов и механизмов.
2. Биосфера – глобальная экосистема Земли
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.
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.
2.1.Сущность и структура биосферы
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, являясь глобальной экосистемой, как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.
Абиотическая часть представлена:
1. почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства.
2. Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни.
3. Водной средой океанов, рек, озер и т.п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен между всеми частями биосферы.
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:
- стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;
- обеспечивать выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.
* 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. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/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 (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.
Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.
2.2. Характеристика главных типов веществ биосферы
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.
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); а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяные атомы. Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой.
Косное вещество биосферы.
Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.
Атмосфера.
Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.
Гидросфера.
Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.
Литосфера.
Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.
Живые организмы (живое вещество).
Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.
Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь – жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете.
Глава 3. Основные направления эволюции биосферы
Современная наука считает, что примерно 1 млрд.лет назад произошло разделение живых существ на царства растений и животных. Различия между ними можно разделить на три группы: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению. У животных клеток есть центриоли, но нет хлорофилла и клеточной стенки, мешающей изменению формы. Большинство растений необходимые для жизни вещества получают в результате поглощения минеральных соединений. Животные питаются готовыми органическими соединениями, которые создают растения в процессе фотосинтеза. Классификация растений и животных построена в соответствии с их отличительными признаками. Основной структурной единицей был признан вид, а более высокие уровни составили последовательно род, отряд, класс.
На Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных, в том числе позвоночных — 70 тыс., птиц 16 тыс., млекопитающих — 12 540 видов. Подобная систематизация различных форм жизни создала предпосылки для изучения живого вещества как целого, что впервые осуществил выдающийся русский ученый Владимир Иванович Вернадский в своем учении о биосфере. Основные выводы учения Вернадского о биосфере сводятся к следующему:
1. Принцип целостности утверждает, что биосфера, жизнь существуют как единое целое. Жизнь является необходимой и закономерной частью стройного космического механизма.
2. Принцип гармонии биосферы заключается в ее организованности, стройности, неразрывной связи в ней живых и неживых компонентов.
3. Принцип значительности роли живого в эволюции Земли утверждает, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом. Облик Земли как небесного тела фактически сформирован жизнью.
4. Основная роль биосферы состоит в трансформации солнечной энергии в действенную энергию Земли. Космическая энергия вызывает развитие жизни, которое достигается размножением.
5. Правило инерции заключается в распространении жизни по земной поверхности из-за проявления ее геохимической энергии. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные.
6. Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел утверждает, что раз вошедший в организм элемент проходит длинный ряд состояний и при этом организм вводит в себя только необходимое количество элементов.
7. Пределы жизни определяются физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Например, интервал температуры жизни в 430° (от -250 °С до +180 °С) является предельным тепловым полем.
8. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.
Биосфера, по В. И. Вернадскому, — это организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью. Пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. Биосфера — не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере или атмосфере. Основное отличие биосферы состоит в том, что она — организованная оболочка. Быть живым — значит быть организованным, отмечал В. И. Вернадский, и в этом состоит суть понятия биосферы как организованной оболочки Земли.
По В. И. Вернадскому, вещество биосферы разнородно по своему физико-химическому составу, а именно:
1) живое вещество — совокупность живых организмов;
2) биогенное вещество — непрерывный биогенный поток атомов из живого вещества в косвенное вещество биосферы и обратно;
3) косное вещество (атмосфера, газы, горные породы и пр.);
4) биокосное вещество, например почвы, илы, поверхностные воды, сама биосфера, т. е. сложные закономерные косно-живые структуры;
5) радиоактивное вещество;
6) рассеянные атомы;
7) вещество космического происхождения.
Жизнь на Земле ныне полностью зависит от фотосинтеза. Фиксируя энергию солнечного света в продуктах фотосинтеза, растения выполняют космическую роль энергетического очага на Земле. Под фотосинтезом понимается превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами при участии энергии света и поглощающих свет пигментов (хлорофилл и др.) простейших соединений (воды, углекислого газа и минеральных элементов) в сложные органические вещества, необходимые для жизнедеятельности всех организмов. Ежегодно растения образуют до 100 млрд т органических веществ и фиксируют 9 • 1020 Дж энергии солнечной радиации. При этом растения усваивают из атмосферы до 170 млрд т углекислого газа и разлагают до 130 млрд т воды, выделяя до 115 млрд т свободного кислорода.
Таким образом, все биотические компоненты экосистемы разделены на три основные группы: продуценты (зеленые растения и организмы, могущие использовать химическую энергию, — хемосинтетики), консументы, или потребители (могут быть нескольких трофических уровней), и редуценты, или разрушители (организмы, преобразующие, минерализующие органику и тем самым замыкающие биологический круговорот). Все живые организмы, так или иначе используя друг друга, образуют гигантский биологический круговорот биосферы. Этот круговорот не полностью замкнут: кроме энергетического входа (солнечная энергия) он имеет и выход — часть отмирающего органического вещества после разложения микроорганизмами-минерализаторами может попадать в водные растворы и откладываться в виде осадочных пород, а другая часть образует отложения таких биогенных пород, как каменный уголь, торф, сапропель и т. п.
В этом большом биогеохимическом круговороте вещества и энергии выделяется целый ряд более частных круговоротов веществ — воды, углерода, кислорода, азота, серы, фосфора и др., в ходе которых происходит обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой. Существование этих биогеохимических круговоротов определяет облик современных экосистем, устойчивость и саморегуляцию биосферы в целом. Поэтому как бы сложны и многообразны ни были проявления жизни на Земле, все формы жизни связаны между собой через круговорот вещества и энергии.
В этой связи можно выделить три этапа эволюции биосферы. Первый этап — возникновение биотического круговорота, означавшего формирование биосферы. Второй этап — усложнение жизни на планете, обусловленное появлением многоклеточных организмов. Третий этап — формирование человеческого общества, оказывающего своей хозяйственно-экономической деятельностью все большее влияние на эволюцию биосферы (ноосфера). Попытки выделить основные этапы эволюции биосферы заслуживают внимания уже тем, что ставят эту проблему в качестве одной из важных задач современной эволюционной теории.
Заключение
На сегодняшний день деятельность человека достигла глобальных масштабов воздействия на биосферу, изменяя круговорот веществ, водный баланс планеты, оказывая сильное влияние на почвы, растительность и животный мир. Антропогенная деятельность создала новые токсические источники загрязнения биосферы, что, в конечном счете, может создать угрозу существования самого человека.
Взаимоотношения Человека и Природы носят сложный характер и нуждаются в тщательном и полном изучении. Успехи человечества в потреблении природных ресурсов зависят от познания законов природы и умелого их использования. Человечество как часть природы может существовать только в постоянном взаимодействии с ней, получая все необходимое для жизни.
Человечеству для своего дальнейшего существования необходимо заботиться о сохранении окружающей среды. И для этого требуются обширные знания в области экологии и широкое применение их во всех отраслях своей деятельности.
Следует сказать и о значении таких проблем, как укрепление здоровья человека, а также борьба с хроническими заболеваниями, патологическим старением, освоение новых экстремальных районов планеты и космоса, совершенствования существования человека в земных условиях. Сейчас актуальны проблемы пресной воды, чистого воздуха, зеленого покрова планеты, загрязнения окружающей среды, приближение к критическим пределам использования невостребованных рудных и энергетических ресурсов.
Вернадский всегда реально оценивал значение научных открытий, их возможные последствия для человечества и придерживался всю жизнь высоких эстетических принципов ученого-гражданина. Это отношение к научным исследованиям, открытиям проявилось во всем. Прекрасный пример этого — дальновидное предостережение ученого о последствиях открытия атомной энергии и его беспокойство о том, в чьих она окажется руках и каким целям послужит в будущем — целям добра и зла.
Владимира Ивановича человек был, прежде всего, носителем разума. Он верил, что разум будет господствовать на планете и преображать ее разумно, предусмотрительно, без ущерба природе и людям. Он верил в человека, в его добрую волю. Человечество не может делать все что заблагорассудится. Оно ограничено в своих действиях, ибо человеческая история — не сумма случайностей. В основных своих чертах она закономерна и направлена."
В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление" (В. И. Вернадский).
Владимир Иванович Вернадский верил в человеческий разум, ему никогда не была свойственна философия пессимизма. Для этого достаточно вспомнить, на какой торжествующей ноте он закончил свое научное творчество. В 1944 году, в безоговорочном предвидении крушения гитлеризма, в статье "Несколько слов о ноосфере", он выразил свое убеждение в прекрасных перспективах человека и человечества: "Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение биосферы. Мы входим в ноосферу. Мы вступаем в нее — в новый стихийный геологический процесс — в грозное время, в эпоху разрушительной мировой войны.
Но важен для нас факт, что идеалы нашей демократии идут в унисон со стихийным геологическим процессом, с законами природы, отвечают ноосфере.
Вернадскому была ясна социальная природа ноосферы. В 1925 году в статье "Автотрофность человечества" он писал: "В биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе, представлениях научных или имеющих научную основу.... Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного". " Биосфера... переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу, перерабатывается научной мыслью социального человечества". Можно смотреть поэтому на наше будущее уверенно. Оно в наших руках и мы его не выпустим"!
Список использованных источников и 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.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.
4. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология для студентов вузов. Ростов-на-Дону, «Феникс» - 2001 г.
5.Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. — 540 с.
6. Интернет ресурс: [http://ru.wikipedia.org/wiki/Биосфера]. – 15.08.2009
