Эволюция биосферы и пределы устройчивости

Сибирская Академия Государственной  Службы

Кафедра

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по Концепциям Современного Естествознания

 

 

На тему: «Эволюция биосферы и пределы устойчивости»

 

 

 

 

Выполнила: Волкова М.А.,гр.509

 

Проверила: Гаврилова  Н.Г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление.

 

Введение.

 Испокон веков люди стремятся лучше узнать не только человеческую сущность, но и весь окружающий мир. В XVIII – XIX вв. учёные потратили много усилий для систематизации всего многообразия растительного и животного мира. Появилось направление в биологии, получившее название систематики. Были созданы классификации растений и животных в соответствии с их отличительными признаками.

На Земле существуют 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов  животных, в том числе позвоночных  – 70 тыс., птиц – 16 тыс., млекопитающих  – 12540 видов. Подобная систематизация различных форм жизни создала  предпосылки для изучения живого вещества как целого, что впервые осуществил выдающийся русский учёный В. И. Вернадский в учении о биосфере.

Вся окружающая нас природа  – это часть биосферы. Потому в своей работе я поставила перед собой задачу – изучить учение о биосфере, этапы её развития, составляющие биосферы и пределы устойчивости и составить общее представление.

Структура биосферы.

Биосфера – это  сложная по составу, строению и организованности оболочка. Она включает в себя:

• Живое вещество – совокупность живых организмов планеты;
• Биогенное вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, уголь, нефть, известняки и т. д.);
• Косное вещество, сформированное без участия жизни, к нему относятся атмосфера, гидросфера и литосфера;
• Биокосное вещество – результат взаимодействия жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например почва, озёрная вода)
• Вещество космического происхождения
• 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.

Учение В.И.Вернадского о биосфере.

Учение о биосфере создано академиком Владимиром Ивановичем Вернадским (1863-1945гг.). В.И. Вернадский основоположник учения о биосфере и метода определения возраста Земли по периоду радиополураспада радиоактивных элементов. Он впервые раскрыл огромную роль растений, животных и микроорганизмов в перемещении химических элементов земной коры.

Существует два основных  определения понятия «Биосфера», одно из которых известно со времени  появления в науке данного  термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых организмов на Земле. Ученик В.В.Докучаева, создателя  учения о почвах, В.И.Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие биосферы. В его понимании биосфера – это единство живого и неживого.

Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения жизни на Земле. Рассматривались следующие варианты: жизнь возникла до образования Земли и была занесена на неё; жизнь зародилась после образования Земли; жизнь зародилась вместе с формированием Земли. Вернадский придерживался последней из этих точек зрения и считал, что нет убедительных научных данных о том, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.

Под биосферой, таким  образом, Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы, располагаясь в диапазоне от 10км вглубь Земли до 33км над Землёй.

Выводы из учения.

1.Принцип целостности  биосферы. «Можно говорить о всей жизни, о всём живом веществе как о едином целом в механизме биосферы». Строение Земли, по Вернадскому, есть согласованный в своих частях организм. «Твари Земли являются создание космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма».

Узкие пределы существования  жизни – физические постоянные, уровни радиации и т.п. – подтверждают это, как будто кто-то создал такую среду, чтобы жизнь стала возможна. Какие условия и константы имеются в виду? Гравитационная постоянная, или константа всемирного тяготения, определяет размеры звёзд, температуру и давление в них, влияющие на ход реакций. Если она будет чуть меньше, звёзды станут недостаточно горячими для протекания в них ядерных реакций; если чуть больше, звёзды превзойдут №критическую массу» и обратятся в чёрные дыры, выпав тем самым из круговорота материи. Константа сильного взаимодействия определяет ядерный заряд в звёздах. Если её изменить, то цепочки ядерных реакций не дойдут до углерода и азота. Постоянная электромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию электронных оболочек и прочность химических связей; её изменение делает Вселенную мёртвой. К этому добавляется ещё антропный принцип, с которым мировые константы как бы подгоняются к возможности существования жизни.

2. С принципом целостности  биосферы и неразрывной связи  в неё живых и косных компонентов  связан и принцип гармонии  биосферы и её организованности. В биосфере, по Вернадскому, «всё  учитывается и всё приспособляется  с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомв энергии».

3. Роль живого в эволюции Земли.«На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, взятые в целом…Все минералы верхних частей земной коры – свободные алюмокремниевые кислоты, карбонаты, гидраты окиси Fe и Al и многие сотни других непрерывно создаются в ней только под влиянием жизни». Лик Земли как небесного тела, заключает Вернадский, фактически сформирован жизнью.

4. Космическая роль биосферы в трансформации энергии.«Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие  одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли».

5. Растекание жизни есть проявление  её геохимической энергии. Живое  вещество, подобно газу, растекается  по земной поверхности в соответствии  с правилами инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные, Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.

6.Понятие автотрофности. Автотрофными  называют организмы, которые берут  все нужные им для жизни  химические элементы в биосфере из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования этих зелёных автотрофных организмов определяется прежде всего областью проникновения солнечных лучей.

7. Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества.

8. Формы нахождения химических элементов: горные породы и минералы, магмы, рассеянные элементы, живое вещество. Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел: раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний и организм вводит в себя только необходимое количество элементов.

9. Жизнь целиком определяется  полем цстойчивости зелёной растительности. Пределы жизни определяются в конце концов физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определённых условиях среды. Максимальное поле жизни определяется выживаниями организмов. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал в 433˚С (от -252˚С до +180˚С) является предельным тепловым полем.

10. Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только её форма. Само живое вещество не является случайным созданием.

11. Повсеместное распространение жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

12. Постоянство количества живого  вещества в биосфере. Количество  свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество свободного живого вещества. Скорость передачи жизни не может перейти пределы, нарушающие свойства газов. Идёт борьба за нужный газ.

13. Всякая система достигает  устойчивого равновесия, когда её свободная энергия равняется нулю или приближается к нулю, т. е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена. Понятие устойчивого равновесия является исключительно важным.

Эволюция биосферы.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между  собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся  по своим внутренним законам и  под действием внешних сил, в  том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т. е. оболочки, образованной веществом Земли, происходило на ранних стадиях существования  нашей планеты, миллиарды лет  назад. Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и их спутниках — Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем  все быстрее и значительнее стало  проявляться влияние живой материи  на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к возникновению  нового образования — биосферы —  тесно взаимосвязанной единой системы  геологических и биологических  тел и процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза — деятельности зеленых растений, образовался современный  газовый состав атмосферы, в ней появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.

Почва является целиком  результатом деятельности живого вещества в косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам. Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.

В биосфере, как в любой  экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные перемещения воздушных  масс, а также биологический круговорот, характеризующийся емкостью — количеством  химических элементов, находяшихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью — количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой.

Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии  и вещества в биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные (местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.