Состав и строение биосферы

Основные данные о работе

Версия шаблона	1.1
Филиал	НАЧОУ ВПО Современная Гуманитарная Академия
Вид работы	Творческая работа
Название дисциплины	Экология
Тема	Состав и строение биосферы
Фамилия студента	Шестакова
Имя студента	Ольга
Отчество студента	Александровна
№ контракта	1440212403709004

 

Содержание

1. Понятие биосферы и её строение

1.1. Сущность биосферы

2. Характеристика биосферы

3. Эволюция биосферы

4. Космическая роль биосферы в трансформации энергии.

Заключение 

Список литературы

Основная часть

Введение

Существуют два основных определения  понятия биосфера», одно из которых  известно со времени появления в  науке данного термина. Это понимание  биосферы как совокупности всех живых  и неживых организмов на Земле. Ученик Докучаева, создателя учения о почвах, В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

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). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими  терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих  на нашей планете, хотя иногда и указывалась  их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитавшую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б. Ламарк (1744-1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

1. Понятие биосферы и ее строение.

1.1 Сущность биосферы

Существует два основных определения  понятия «биосфера», одно из которых  и дало начало применению данного  термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых организмов на Земле. В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, переосмыслил понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Такое толкование определило взгляд В.И. Вернадского на проблему происхождения  жизни. Из нескольких вариантов: жизнь  возникла до образования Земли и была занесена на нее; жизнь зародилась после образования Земли; жизнь возникла вместе с формированием Земли — В.И. Вернадский придерживался последнего и считал, что нет убедительных научных данных, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

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 слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью целиком, до дна самых глубоких впадин в 10—11 км. В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км. 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.

Строение Земли, по В.И. Вернадскому, есть согласованный механизм.

Живые организмы, включающие в себя все известные химические элементы, в процессе жизнедеятельности осуществляют превращение энергии. 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 обуславливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Например, интервал температуры жизни в 433° (от -252°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.

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.

2. Характеристика и структура биосферы

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). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами  подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей  планете, хотя иногда и указывалась  их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым  из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и  положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845-1920) трех способов питания живых организмов:

автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;

гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;

микотрофное – 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.

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;

ноосфера  – 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 мг/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического  состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера – внешняя твердая  оболочка Земли, состоящая из осадочных  и магматических пород. В настоящее  время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (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.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

Биосфера имеет мозаичное строение, слагаясь из отдельных относительно самостоятельных частей. Эти части, получившие название биоценозов и экосистем, представляют собой своеобразную уменьшенную модель биосферы (рис. 2.1.). Поэтому, изучая биоценозы и экосистемы, мы познаем закономерности существования биосферы в целом.

рис. 2.1. Уменьшенная модель биосферы (структура биогеоценоза)

Термин «биогеоценоз» предложил  русский ученый В.Н. Сукачев в 1948 г. Это понятие близко к понятию «экосистема». Сейчас все чаще применяется термин «экосистема», хотя в нашей стране и в ряде других стран пользуются и термином «биогеоценоз». Так как биогеоценоз = экосистема, то иначе можно сказать, что биосфера - это совокупность отдельных биогеоценозов, которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом.

Структурной единицей биосферы является экосистема, характеризующая собой  совокупность на определенном участке  земной поверхности однородных природных  явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий).

Постепенно идея о тесной взаимосвязи  между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ–ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.