Учение о биосфере. Биосферы организованность Биосфера закономерная часть космической организованности

Биосфера - это сложная термодинамически открытая система на поверхности Земли, действующая благодаря энергии Солнца и жизнедеятельности живых организмов, аккумулирующая и перераспределяющая огромные потоки вещества и энергии. Этот процесс возможен только благодаря химическим свойствам циклических, или органогенных элементов, названных так В. И. Вернадским в его геохимической классификации элементов за их способность к многочисленным химическим обратимым процессам, а история всех этих элементов может быть выражена циклами.

Понятие «живое вещество» и весь комплекс представлений о его геохимической деятельности введены в науку В. И. Вернадским. В 1919 г. он писал: «Под именем живого вещества я буду подразумевать всю совокупность всех организмов, и животных, в том числе и человека. С геохимической точки зрения эта совокупность организмов имеет значение только той массой вещества, которая ее составляет, ее химическим составом и связанной с ней энергией. Очевидно, только с этой точки зрения имеет значение живое вещество и для почвы, так как, поскольку мы имеем дело с химией почв, мы имеем дело с частным проявлением общих геохимических процессов. Живое вещество, вошедшее в состав почвы, обусловливает в ней самые разнообразные изменения ее свойств, обычно не учитываемые в почвоведении. На первом месте я остановлюсь здесь на его влиянии на мелкозернистость почвы, ибо это свойство почвы является самым основным и резким ее отличием от всех других продуктов земной поверхности. Оно же определяет ход всех химических реакций в почве и делает из почвы активнейшую область с химической точки зрения в биосфере».

Тогда же ученый впервые высказал мысль о совместном нахождении химических элементов в живом веществе, которое определяется биологическими свойствами организмов, а не химическими свойствами элементов.

Для построения живых организмов из 105 химических элементов обязательны шесть - углерод, азот, водород, кислород, фосфор, сера. Для них характерны малый атомный вес, легкость отдачи и присоединения электронов. Главный элемент среди них - углерод. Благодаря способности атомов соединяться в цепи углерод может образовывать бесконечное множество соединений. Остальные пять элементов также чрезвычайно легко образуют общие электронные пары с атомами других элементов, в том числе и друг с другом.

Что касается количества накапливаемых элементов, то 99,9% живой массы организмов составляют элементы «исходной дюжины»: Н, С, N, О, Na, Mg, Р, S, С1, К, Са, Fe. Все они относятся к первым 26 элементам периодической системы, на что обратил внимание еще Д. И. Менделеев. Живая масса на 99% образована всего четырьмя элементами - Н, С, N, О, которые отличаются высокой реакционноспособностью, имеют хорошо растворимые соединения и активно взаимодействуют с углеродом.

В биосфере круговорот элемента будет быстрым и устойчивым только в том случае, если этот элемент не только растворим, но и летуч, т.е. если одно из его соединений может, подобно воде, возвращаться на сушу через .

Таких элементов в биосфере не менее трех: углерод, азот и сера. Среди их «воздушных» соединений - двуокись углерода (С02), метан (СН4), свободный азот (N2), аммиак (NH3), сероводород (H2OS) и двуокись серы (S02). Интересно, что в процессе круговорота углерод, азот и сера меняют свою валентность. Все они находятся в биосфере в более восстановленной форме, чем в окружающем мире.
В обмене веществ между живой и неживой природой наиболее важно перераспределение газов. Растения, синтезируя органическое вещество, поглощают из атмосферы углекислый газ и выделяют кислород. Связывание в органическом веществе 1 г углерода сопровождается выделением 2,7 г кислорода. С 1 га луга за год в атмосферу выделяется 10 - 12 тыс. м3 кислорода.

Важнейшая стадия круговорота - восстановление двуокиси углерода. По существу, это реакция присоединения водорода, дающая в результате формальдегид. Источником водорода служит дегидрирование воды (отнятие у нее водорода), при этом попутно освобождается кислород. Такой способ накопления энергии химических связей свойствен только зеленым растениям, но аккумулированная энергия становится пригодной для других жизненных реакций и для функционирования трофических () цепей. Углерод, фиксированный растениями и использованный затем не только ими, но и животными, возвращается во внешнюю среду, где может включиться в любой из геохимических круговоротов. Напомним, что для биосферы характерно не только присутствие живого вещества. В ней в значительных количествах содержится жидкая вода, принимает на себя мощный поток энергии солнечных лучей, в биосфере лежат поверхности раздела между веществами, находящимися в одной из трех фаз — твердой, жидкой и газообразной. Благодаря этому для биосферы характерен непрерывный круговорот вещества и энергии, в котором активнейшую роль играют живые организмы.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВЛАДИВОСТОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И

СЕРВИСА

ИНСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ ИННОВАЦИЙ И БИЗНЕС-СИСТЕМ

КАФЕДРА ЭКОЛОГИИ И ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

020801.65 «Экология»

Владивосток

Издательство ВГУЭС

Рабочая программа учебной дисциплины «Учение о биосфере» составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО.

Составитель: , доцент кафедры экологии

Утверждена на заседании кафедры ЭПП от 01.01.2001 г., протокол № 6, редакция 2014 г.

© Издательство Владивостокский

государственный университет

экономики и сервиса, 2014

ВВЕДЕНИЕ

Учение о биосфере – естественнонаучная дисциплина, направленная на формирование у студентов экологов биоцентрического мировоззрения и способностей оценить профессиональную деятельность с позиций рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды . Природная среда биосферы обеспечивает человека сырьевыми ресурсами, энергией, различными материалами. Учение о биосфере помогает понять взаимосвязь организмов, популяций со средами обитания, взаимоотношения природных и антропогенных экосистем, условия устойчивого состояния экосистем, причины возникновения экологического кризиса, экологические принципы рационального природопользования , которые обеспечивают устойчивое развитие человечества. Изучая дисциплину «Учение о биосфере» студенты экологи рассматривают биосферу как глобальную экосистему, еѐ состав, структуру, внутренние связи, обеспечивающие еѐ функционирование и устойчивость. Дают оценку основным источникам загрязнения, анализируют экологические проблемы урбанизированных территорий. Изучают пути защиты биосферы от техногенного воздействия, рассматривают проблемы и пути сохранения биоразнообразия. Особое внимание уделяют проблемам влияния человека на глобальные процессы и климат биосферы. Изучение разных процессов биосферы позволяет воспитывать экологически ориентированное сознание студентов и формировать у них «экологизированный» стереотип поведения. Дисциплина «Учение о биосфере» направлена на изучение основных закономерностей функционирования природных систем различного уровня биосферы, факторов определяющей еѐ устойчивость, продуктивность, энергетику. Выявляется роль живого вещества в биогеохимических циклах, показывается логическая связь между традиционными исследованиями проблем взаимодействия природы – общества – хозяйства и концепцией устойчивого развития человечества, стремящейся к конструктивным решениям экологических проблем. Оценивается состояние глобальной экосистемы и пути стабилизации, улучшения современной биосферы. Изучение данного курса тесно связано с такими дисциплинами как «Биология», «Химия», «География», «Геология», «Почвоведение».

Особенностью изучения дисциплины «Учение о биосфере» является комплексный подход к экологическим проблемам, что дает возможность приобрести студентам экологам необходимую эрудицию, понять взаимосвязь биогеохимических процессов в биосфере. Для усвоения дисциплины необходимы базовые знания по географии, биологии, хи-мии, геологии, экологии, почвоведению.

1. ОРГАНИЗАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

1.1. Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины является ознакомление студентов с основными понятиями, проблемами и методами науки «Учение о биосфере». Дисциплина предназначена для студентов по специальности 020801.65 – Экология. Основные задачи дисциплины – формирование навыков и умения по следующим направлениям деятельности:

· изучение основ «Учения о биосфере», еѐ границ и эволюции;

· характеристика биогенной миграции, биогеохимических круговоротов веществ, пространственно-временной цикличности химических элементов;

· ознакомление с планетарно-космической организованностью биосферы;

· рассмотрение термодинамической направленности развития биосферы, трансформации энергии живым веществом;

· изучение ноосферной концепции, как основы научного управления;

· формирование профессиональных компетенций .

1.2. Перечень компетенций, приобретаемых при изучении дисциплины

Дисциплина формирует профессиональный взгляд на геохимические , биогеохимические и биологические аспекты биосферы. Концепция биосферы направлена на формирование целостного представления о процессах и явлениях в глобальной экосистеме, о механизмах и законо-мерностях устойчивого существования биологических систем разного уровня в условиях сложной и динамической среды. Знания, полученные в процессе изучения дисциплины, формируют экологическое, ноосферное мировоззрение студента и развивают логическое мышление на всех уровнях организации живой материи (организменном, популяционном, экосистемном, биосферном).

1.3. Основные виды занятий и особенности их проведения

Общий объем дисциплины для специальности 020801.65 Экология 200 часов, из них 68 часов аудиторной нагрузки (34 часа лекции, 34 часа практические занятия) и 132 часов самостоятельной работы. Дисциплина «Учение о биосфере» изучается в 5 семестре, 4 часа в неделю, из них 2 часа лекции, 2 часа практических занятий. Дисциплина завершается сдачей экзамена. Основные виды занятий : - лекции, на которых дается основной систематизированный материал о структуре, организованности, свойствах и функциях биосферы; - практические занятия способствуют формированию у студентов экологов представления о взаимоотношениях организмов со средой обитания, структуре биосферы, еѐ эволюции, глобальных проблемах окружающей среды. Семинарские и практические занятия развивают умения прогнозировать результаты профессиональной деятельности с учетом прямых и косвенных последствий для биосферы; - консультации включают помощь при самостоятельном освоении материала; - самостоятельная работа включает в себя: работу с учебной и наеучной литературой при подготовке к практическим семинарским занятиям , контрольным работам и написании курсовой работы . В ходе изучения данной дисциплины студенты экологи слушают лекции, получают практические навыки на практических занятиях, занимаются, самостоятельно используя научную литературу , библиотечные электронные базы данных и Интернет при подготовке к экзамену и при защите курсовой работы.

1.4. Виды контроля и отчетности по дисциплине

Изучение дисциплины завершается экзаменом в 5 семестре. Студент должен на экзамене показать фактическую базу знаний планетарно-космической организованности биосферы, умение устанавливать причинно-следственные связи, формулировать выводы. Используются следующие виды контроля: - текущая аттестация, включающая выполнение студентом контрольных письменных заданий, устного опроса, докладов на семинарских занятиях, посещение лекций, тестирования.

1.5 Виды контроля и отчетности по дисциплине

Контроль успеваемости студентов осуществляется в соответствии с рейтинговой системой оценки знаний.

Текущий контроль успеваемости содержит задания, которые способствуют развитию компетенций профессиональной деятельности, к которой готовится студент и включает:

Проверку уровня самостоятельной подготовки бакалавра при выполнении индивидуального задания, при подготовке к лекциям и практическим работам ;

Участие бакалавра в дискуссиях по основным моментам изучаемой темы;

Microsoft Office (Excel, Word, Power Point, Acrobat Reader), Internet explorer, или другое аналогичное.

б) техническое и лабораторное обеспечение

Лекции и практические занятия проводятся в аудиториях с использованием мультимедийного оборудования

7. СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ ТЕРМИНОВ

Антропогенез - процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества.

Биосфера - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами

Биоцентризм - научный подход в природоохранном деле, ставящий превыше всего интересы живой природы (какими они представляются человеку).

Устойчивое развитие - гармоничное (правильное, равномерное, сбалансированное) развитие - это процесс изменений, в котором эксплуатация природных ресурсов, направление инвестиций, ориентация научно-технического развития, развитие личности и институциональные изменения согласованы друг с другом и укрепляют нынешний и будущий потенциал для удовлетворения человеческих потребностей и устремлений.

Экологическая катастрофа – это внезапное событие, быстротекущий процесс, влекущий тяжелые последствия для экосистем, их разрушение, жертвы. Причиной таких изменений могут служить как внешнее воздействие на систему, так и разрядка ее внутренних напряжений, превысивших прочность структуры.

Экологический кризис – значительное региональное или локальное нарушение условий среды, которое приводит к полному или частичному нарушению местных экологических систем.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра региональной экономики и природопользования

По учебной дисциплине «Учение о биосфере»

Контрольная точка №2

Реферат на тему:

«Космические предпосылки формирования Земли и биосферы»

Выполнили:

Луковникова Татьяна Сергеевна

Сахнова Анна Алексеевна

студентки 1 курса

группы ЭП-1301

Специальность: Экология и природопользование

Преподаватель:

Иванов Николай Семенович

Санкт-Петербург, 2014 г.

Введение

Формирование Земли

Формирование биосферы Земли

Организованность биосферы

Ноосфера. Новая эволюционная стадия биосферы

Заключение

Список литературы

космический объект биосфера ноосфера земля

Введение

Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания, которая еще ждет своего решения. Как отметил видный российский палеонтолог академик Б.С. Соколов, даже на "сумасшедший" вопрос "что древнее: Земля или жизнь на ней?", строго говоря, мы не можем дать определенного ответа. Большинство авторов гипотез о происхождении жизни на Земле допускали, что в течение огромного промежутка времени планета наша после возникновения 4,55 млрд лет назад была безжизненной, и на ее поверхности, в атмосфере и океане происходил медленный абиогенный синтез органических соединений, который привел к образованию первых примитивных организмов. Установилось почти традиционное представление о том, что на Земле происходила длительная химическая эволюция, предшествующая биологической и охватившая интервал времени не менее 1 млрд лет. Появились и другие, противоположные, представления о необычайной длительности существования жизни на Земле. Они были высказаны В. И. Вернадским и рядом других крупных ученых и подтверждаются современными исследованиями в области палеонтологии и палегеохимии. Возможно, Земля и жизнь на ней - почти ровесники, и поэтому предпочтительнее говорить о появлении жизни на Земле, а не об ее происхождении. Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого 3,8 млрд лет. Осадкообразование этого комплекса началось еще ранее, не менее 4 млрд лет назад. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на существование жизни в то далекое время. Они выражаются в изотопном составе углерода, в наличии окисленного железа, осадившегося под воздействием свободного кислорода от фотосинтеза тех времен.

Формирование Земли

Околосолнечный космос в результате взрывов - вспышек был заполнен пылью, мелкими и крупными обломками Тела, атомами и соединениями водорода, углерода, азота, кислорода. Мантия Тела, раздробленная внутренними силами, возникшими при торможении Тела крайними слоями Солнца, на фрагменты, прошла сквозь крайние слои Солнца, уменьшила скорость и потеряла более 99,9% массы. Рой более крупных фрагментов, преодолевая притяжение Солнца, по инерции удалился от него на расстояние ~ 180 млн. км, и стал обращаться вокруг Светила со средней скоростью ~ 27±1 км/с.

Более крупные фрагменты мантии стали многочисленными центрами притяжения прапланетного вещества, вращающегося вокруг общего центра масс и образовавшего прапланету (в последующем планету) Земля. Весь полёт вещества на предельное удаление занял 100 - 200 суток.

За это время вещество сплотилось в большое число больших и малых спутников (метеорных конгломератов), которые вращались вокруг общего центра масс. Возвращаясь к Солнцу под действием силы его гравитационного притяжения (падая), прапланета отклонилась от него на 50 - 100 миллионов километров и закрутилась вокруг Солнца по вытянутой эллипсовидной орбите.

При этом, хотя полная энергия Планеты (кинетическая + потенциальная) относительно Солнца соответствует потенциальной энергии предельного удаления (~300 млн. км), праЗемля первоначально, т. е. 4,5 млрд. лет назад, «вырвавшись» из «объятий» Звезды, уже имела значительную орбитальную скорость (~ 27±1км/с), и средний радиус орбиты (~180±10 млн. км).

Однако следует заметить, что на расстоянии ~200 млн. км от Солнца проходит граница его эффективного притяжения, т. е. объекты с меньшим радиусом кругового обращения приближаются к Солнцу, а с большим радиусом - удаляются от него.

Это обстоятельство позволяет составить суждение о максимальном первичном радиусе орбиты Земли. Более тщательные расчёты уточнят эти параметры.

Небесные тела (луны и метеоры), составлявшие праЗемлю, сближались, сталкивались, дробились и окончательно формировали планету - Землю. Укрупнение Планеты продолжалось около трёх - четырёх миллиардов лет…

При формировании Планеты формировался и вращательный момент, направление которого хотя было случайным при падении - столкновении с каждым телом, но суммарно совпадало с направлением отклоняющей скорости, общим для планет. В результате этого Планета стала вращаться вокруг собственной оси. Величина момента вращения была такой, что скорость вращения Планеты при завершении формирования была много больше, чем в Настоящее Время (далее Н. В.).

Как следствие вращения, на Земле стала происходить смена дня и ночи, т. е. сформировались сутки. Продолжительность суток Планеты сперва была значительно короче (4 -6 часов), чем в Н. В. С укрупнением Планеты вращение замедлялось, и сутки становились длиннее (в Н. В. ~ 24 часа).

Вследствие того, что все планеты произошли от одного Тела, направление вращения Земли и других планет Солнечной системы вокруг Солнца (обращение планет) направлено в одну сторону. Время обращения Земли вокруг Солнца назвали ГОД.

Угол наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты определил деление погоды в Северном и Южном полушариях на зиму и лето, а переходные периоды - на весну и осень.

Примечание:

1)Причины особенности вращения некоторых планет вокруг собственных осей рассмотрены в тетради «Образование Солнечной системы».

2)Замедление вращения Земли (увеличение суточного периода вращения) люди уже заметили. Ускорение обращения Земли вокруг Солнца пока не нашло отражения в популярной литературе; сокращение звездного года в Н. В. ожидается в пределах ~0,0001 с/год. Определить такое сокращение периода при современном уровне развития науки и техники возможно.

3)Среднее расстояние планеты Земля от Солнца от образования до Нашего Времени уменьшилось на 25±5 млн. км (соответственно уменьшилась длина орбиты и период орбитального обращения).

Температура фракций, формирующих Землю, в начале формирования была высокой, а в результате соударений сближающихся тел и сжатия поднялась до нескольких тысяч градусов. При достаточном разогреве вещества плавились, разлагались на составляющие химические элементы. Тяжёлые (с большей удельной плотностью) элементы опускались к центру Планеты и формировали ядро. Более лёгкие элементы образовывали соединения с меньшей удельной плотностью и дрейфовали (и дрейфуют) к поверхности Планеты, образуя магму, мантию и кору. Газы образовали атмосферу, глинозёмы образовали земную кору. Основанием коры послужили базальты и граниты, которые, будучи менее плотными, сперва образовали острова в море раскалённой магмы, верхний слой которой становился мантией и покрывался корой.

В начальный период формирования Земля была окутана более плотной атмосферой, чем в Н. В., основу которой составлял водяной пар, осуществлявший конвективный теплоперенос между горячей поверхностью планеты и космосом. Нижнюю часть атмосферы составляли азот, двуокись углерода и всевозможные газообразные окислы, перемешиваемые осадками. Значительную роль в геоморфологии сыграло наличие воды и растворённой в ней углекислоты. Растворимость солей с понижением глобальной и местной температуры снижалась, что привело к отложениям солей и образованию месторождений.

В начальный период образования Земли свободного кислорода не было. Свободный кислород появился в связи с образованием углеводородов, связавших большую часть водорода, и в связи с разложением пара солнечным излучением и планетной утратой протонов (т. е. потерей водорода).

Постепенно земная кора стала толще, однако она нарушалась при падении на Землю вращающихся вокруг неё космических тел. В зависимости от плотности составляющих пород метеориты оставляли в земной коре воронки разной глубины. Тела редко падали отвесно, а в большинстве - под углом и даже под острым углом к горизонту, образуя ложа морей и озёр и сгребая земную кору складками (гармошкой), сооружая прилегающие по направлению полёта горные кряжи. Сила земного притяжения вначале была значительно меньше (была меньше масса Земли), поэтому горы образовывались более крутыми.

При падении на Землю крупных тел («лун») их фракции с высокой плотностью пробивали кору и погружались в мантию, образуя крупные воронки, окружённые гребнями и складками гор. Под поднятиями земной коры (куполами), окружающими места падения лун, собирались вещества с низкой плотностью. Трещины в куполах послужили основой образования вулканов, «клапанов», выпускающих лёгкие вещества из недр Земли и играющую заметную роль в геоморфологии. В начальный период формирования вулканическая деятельность была много выше, чем в Н. В.

С охлаждением твёрдой Планеты (коры) до температуры конденсации воды образовалась гидросфера. Почти вся поверхность была покрыта тёплой водой…Образовался Первичный (Древний) океан. В начальный период уровень мирового океана был на 5-8 км выше твёрдой поверхности. С укрупнением Планеты увеличивалась площадь поверхности, и, соответственно, уменьшалась глубина океана.

Примечание:

Наличие значительной толщи воды над твёрдой поверхностью имело большое значение при формировании Планеты:

1)Падающие тела, как правило, дробились при ударе о водную поверхность, и оседали на дне океана. Это приводило к рассеянию выпавших продуктов (чем меньше плотность породы, тем больше площадь рассеяния) и укрупнению планеты снаружи. Следствием этого является осадочная слоистость пород.

При падении крупных тел менее плотные породы рассеивались, а более плотные пробивали кору и погружались в магму, укрупняя Планету изнутри. Увеличение внутреннего объёма является причиной роста напряжения в земной коре и её разломов.

2)Метеориты сперва контактировали с водной поверхностью и затрачивали большое количество энергии на испарение воды. Данное обстоятельство позволяет предположить, что температура магмы ограничена несколькими тысячами градусов (т. е. ниже, чем предполагалось прежде).

Формирование биосферы Земли

Существование всех живых организмов неразрывно связано с окружающим миром. В процессе своей жизнедеятельности живые организмы не только потребляют продукты окружающей среды, но и коренным образом преображают природу. В естествознании изучение жизни как целостного феномена в его тесной связи с окружающей природой получило название учения о биосфере.

Термин «биосфера» был введен в научный оборот австрийским геологом Эдуардом Зюссом, который подразумевал под ним совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете. В этом его значении понятие «биосфера» не принимало во внимание обратного воздействия биосферы на окружающую среду.

Постепенно, на основе наблюдений, экспериментов и опытов, ученые приходят к убеждению, что живые организмы также оказывают воздействие на физические, химические и геологические факторы окружающего мира. Результаты их исследований незамедлительно сказались при изучении общих проблем воздействия биотических (живых) факторов на абиотические (физические) условия. Так оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно меняют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Все эти примеры свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей планеты. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны, зависит, а с другой - сама воздействует на нее. Поэтому в современной науке под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами. Два главных компонента биосферы - живые организмы и Среда их обитания - непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему.

Развитие биосферы Земли можно рассматривать как последовательную смену трех этапов (рис. 13).

Первый этап - восстановительный - начался еще в космических условиях и завершился на Земле появлением гетеротрофной биосферы. Для первого этапа характерно появление малых сферических анаэробов (рис. 13, а). Присутствуют только следы свободного кислорода. Ранний способ фотосинтеза был, по существу, анаэробным. Развилась фиксация азота, поскольку часть ультрафиолетовой радиации проникала через атмосферу и быстро разлагала присутствующий аммиак.

Второй этап - слабоокислительный - отмечен появлением фотосинтеза. Он продолжался до завершения осадконакопления полосчатых железистых формаций докембрия. Аэробный фотосинтез начался предками цианобактерий. Кислород производился организмами, строящими строматолиты (рис. 13, б). Но кислород мало накапливался в атмосфере, так как реагировал с железом, растворенным в воде. При этом окислы железа осаждались, образуя полосчатые железистые формации докембрия. Только когда океан освободился от железа и других поливалентных металлов, концентрация кислорода начала возрастать по направлению к современному уровню.

Третий этап характеризуется развитием окислительной фотоавтотрофной биосферы. Он начался с завершения отложений полосчатых железистых кварцитов около 1800 млн лет назад, в эпоху Карельско-Свекофенского орогенеза. Для этого этапа развития биосферы характерно наличие такого количества свободного кислорода, которого достаточно для появления и развития животных, потребляющих его при дыхании.

Последние два этапа в развитии биосферы фиксированы в каменной летописи геологической истории. Первый этап - наиболее далекий и загадочный, и расшифровка его истории связана с решением основных проблем органической космохимии.

Некоторые организмы раннего докембрия, относящиеся к синезеленым водорослям и пианобактериям, мало изменились в ходе геологической истории. Можно полагать, что простейшие организмы обладали наиболее устойчивой персистентностью (от латинского persiste - упорствую). По существу, в течение всей истории Земли не было причин для того, чтобы некоторые морские микроорганизмы, в частности синезеленые водоросли и бактерии, сильно изменились.

В процессе формирования биосферы, примерно 1 млрд. лет назад произошло разделение живых существ на два царства -растений и животных. Как считает большинство биологов, различие между ними нужно делать по трем основаниям: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению.

При этом отнесение живого существа к одной из этих частей следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех. Это связано с тем, что между растениями и животными существуют переходные типы, которые обладают свойствами той и другой группы. Так, например, кораллы, моллюски, речная губка всю жизнь остаются неподвижными, как растения, но по другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. В биологии известны также переходные типы живых организмов, которые питаются как растения, а двигаются как животные. В настоящее время на Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, в том числе позвоночных - 70 тыс., птиц - 16 тыс., млекопитающих - 12540 видов.

Формирование и развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния. В результате при этом образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы бывали временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития биосферы:

Появление простейших клеток-прокариотов (клетки без ядра);

Появление значительно более организованных клеток-эукариотов (клетки с ядром);

Объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в организмах;

Появление организмов с твердыми скелетами и формирование высших животных;

Возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как органа сбора, систематизации, хранения информации и управления на ее основе поведением организмов;

Формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

Образование социальной общности людей - носителей разума. Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека. В ходе эволюции Земли на смену периоду геологической эволюции пришел период геолого-биологический, который с появлением человека уступил свое место периоду социальной эволюции. Самые крупные изменения в биосфере Земли наступили именно в этот период. Появление и развитие человека ознаменовало переход биосферы в ноосферу - новую оболочку Земли, область сознательной деятельности человечества.

Организованность биосферы

Концепция В.И. Вернадского о биосфере как планетарной организации, являющейся закономерной частью космической организованности. Кибернетические принципы организации биосферы; иерархический порядок организации субординации живой природы Л.Берталанфи и общая теория систем; работы по биокибернетике И.И. Шмальгаузена и А.Н. Колмогорова. Пространственная и временная организации биосферы, явления 11симметрии в жизненных процессах. Экоинформатика и алгоритмический подход к информации в биологических системах. Механизмы самовоспроизводства живых систем на разных уровнях системной организованности (молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, экосистемном, биосферном). Организация биосферы и космос, планетно-космические основы организации жизни, космические истоки возникновения и эволюции биологической организации, а также первичной биогеосферы.

Пространственная организация биосферы, временная организация и синхронизация процессов в биосистемах, структурно-функциональная организация биосферы.

Распространение живого вещества в биосфере и его влияние на свойства основных компонентов географической оболочки. Границы биосферы. Поле устойчивости и поле существования жизни. Вес и объем биосферы. Структура биосферы на термодинамическом уровне. Структура биосферы на физическом, химическом и биологическом уровнях организованности. Парагенетический уровень организованности биосферы. Представление о биогеоценотическом покрове Земли. Коэволюция атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. Естественные факторы глобальных воздействий на биосферу.

Ноосфера. Новая эволюционная стадия биосферы

Биогеохимическая деятельность человека и ее геологическая роль. Масштабы воздействия человека на биосферу. Локальное и глобальное изменения природной организованности биосферы. Автотрофность человечества.

Становление переходной биосферно-ноосферной общности: нарушение газового и теплового баланса биосферы, эрозия земель, экологическое загрязнение среды. Крупные города как ноосферные центры.Формирование элементов новой ноосферной организованности (человечество становится единым целым).

Преобразование средств связи и обмена. Открытие новых источников энергии. Равенство всех людей. Исключение войн из жизни общества. Научная мысль - главная предпосылка перехода биосферы в ноосферу. Нравственная сила разума.

Концепции ноосферы Э.Леруа, Пьера Тейяра, Де Шардена и В.И. Вернадского. Черты сходства и различия. Материальность процесса перехода биосферы в ноосферу. Историческая неизбежность трансформации биосферы в ноосферу.

Понятие о складывающейся биосферно-ноосферной целостности. Управляющий природно-народнохозяйственный (ноосферный) комплекс и его составляющие. Природная среда (биосфера). Хозяйственная (технологическая) сфера. Социально-культурная сфера. Структурная модель ноосферного комплекса. Роль информационной составляющей. Ноосферные знания и базы данных. Ноосферная концепция как основа научного управления. Биосферно-ноосферное учение В.И. Вернадского - научный фундамент глобальной и социальной экологии. Глобальные экологические проблемы как результат нарушения сложившейся организованности биосферы.

Коэволюционный характер развития общества и природы на современном этапе развития биосферы. Вопросы экологического прогнозирования. Экологическая оценка природной среды и возможных антропогенных последствий в целях оптимизации биосферы.

Заключение

Итак, биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024 Дж солнечной энергии; 42 % из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 % энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022 Дж в год, поглощают 1,7 108 т CO2, выделяют около 11,5 107 т кислорода и испаряют 1,6 1013 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения. В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растёт. Поэтому необходимо знать откуда появилась биосфера, когда это произошло, и каким образом происходило ее развитие.

Список литературы

1.Войткевич Г. В. Космохимические основы зарождения жизни // 3емля и Вселенная. 1986. № 5. С. 84-90.

2.Клауд П. Биосфера // В мире науки. 1983. № 11. С. 102-113

3.Статья Неручаева Н.Г. http://www.biosphere21century.ru/articles/208

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Понятие биосферы как оболочки Земли, ее состав и структура. Особенности учения о биосфере В.И. Вернадского. Взаимосвязь эволюции биосферы с эволюцией форм живого вещества. Ресурсы биосферы - особый компонент природной среды. Пределы устойчивости биосферы.

реферат , добавлен 13.04.2014


Понятие и эволюция биосферы. Ресурсы биосферы. Пределы устойчивости биосферы. Современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденный ущерб окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитию самого человечества.

реферат , добавлен 17.10.2005


Образование экосистем живыми существами. Образование планетарной экосистемы. Совокупность живых организмов планеты. Состав и строение биосферы. Вмешательство человека в природные процессы. Свойство саморегуляции биосферы. Основная масса живого вещества.

презентация , добавлен 21.05.2012


Общая характеристика концепции современного естествознания. Земли отличий от других планет Солнечной системы. Анализ работы В.И. Вернадского по соотношению форм движения материи. Понятие и сущность ноосферы и биосферы, их работа и взаимодействие.

контрольная работа , добавлен 20.12.2008


Учение В.И. Вернадского о биосфере. Ноосфера как новая стадия эволюции биосферы. Статические и динамические показатели популяции. Продолжительность жизни, рост численности популяции. Изучение процесса урбанизации. Экологические обязанности граждан.

контрольная работа , добавлен 24.02.2010


Определение биосферы как общепланетной оболочки. Масса биосферы. Географическая оболочка. Образование живых веществ и их распад. Кругооборот кислорода, углерода, азота, фосфора и воды. Замкнутый круг взаимозависимых и взаимоприспособленных организмов.

реферат , добавлен 09.03.2009


Разработка российским ученым, академиком В.И. Вернадским учения о биосфере. Определение границ биосферы. Обеспечение жизни на Земле. Важнейшие компоненты биосферы. Элементарная структурная единица биосферы. Основные положения теории В.И. Вернадского.

презентация , добавлен 12.10.2014


Сущность понятия "ноосфера". Становление научных знаний. Условия перехода биосферы в ноосферу, их выполнение в современном мире. Экологизация западного сознания. Положения ноосферного мировоззрения по А.К. Адамову. Основные ценности ноосферизма.

реферат , добавлен 20.11.2010


Целостное учение о биосфере, созданное русским биогеохимиком и философом Владимиром Ивановичем Вернадским. Способность биосферы возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий. Концепция биотической регуляции и равновесия биосферы.

реферат , добавлен 15.06.2017


Учение В.Н. Вернадского о биосфере, как об активной оболочке земли. Связь геологических процессов в биосфере с деятельностью живого вещества. Зависимость существования биосферы от условий, созданных геологическими процессами. Проблемы биосферы сегодня.

Биосферой (греч. bios-жизнь, sphaira-шар) называют ту часть земного шара, в пределах которой существует жизнь, представляющую собой оболочку Земли, состоящую из атмосферы, гидросферы и верхней части литосферы, которые взаимно связаны сложными биохимическими циклами миграции вещества и энергии. Верхний предел жизни биосферы ограничен интенсивной концентрацией ультрафиолетовых лучей; нижний - высокой температурой земных недр (свыше 100° С). Крайних пределов ее достигают только низшие организмы - бактерии. В. И. Вернадский, создатель современного учения о биосфере, подчеркивал, что биосфера включает в себя собственно "живую пленку" Земли (сумму населяющих Землю в каждый данный момент живых организмов, "живое вещество" планеты) и область "былых сфер", очерченную распределением на Земле биогенных осадочных пород. Таким образом, биосфера - это специфическим образом организованное единство всего живого и минеральных элементов. Взаимодействие между ними проявляется в потоках энергии и вещества за счет энергии солнечного излучения. Биосфера является самой крупной (глобальной) экосистемой Земли - областью системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. По определению В. И. Вернадского, "пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни".[ ...]

Биосфера - геологическая оболочка Земли как планеты. Организованность ее. Живое вещество как ее геологическая функция. Астрономические условия ее существования неизменны в течение геологического времени. Лик Земли. Напор живого вещества (§ 33). Мы живем в конце ледникового периода. Его характеристика (§ 34--36). Материально-энергетический обмен биосферы с Космосом (§ 37). Вещество биосферы (§38,39) .[ ...]

Космос лепит лик Земли». В биосфере все главные организмы связаны со средой обитания и их деятельностью самоуправляемыми биологическими и геохимическими процессами.[ ...]

Биосфера представляет собой систему, т.е. единое целое, функционирующее благодаря взаимодействию определенным образом организованных элементов. Биосфера есть целостная система, выполняющая определенную программу и в своих собственных интересах стабилизирующая себя и окружающую среду и устраняющая-внешние и внутренние искажающие воздействия.[ ...]

Биосфера - сложная по составу, строению и организованности оболочка. Она включает все живые организмы, биогенные (уголь, нефть, известняк и др.), косное (в его образовании живое не участвует) и биокосное (создается с помощью живых организмов) вещества, а также вещество космического происхождения.[ ...]

В биосфере эволюция всегда происходит в направлении увеличения организации жизни. В принципе не исключается также вероятность эволюции в направлении разрушения достигнутого уровня организации, т.е. вытеснение менее организованными, но более агрессив-;.11лVI -(особями более организованных но менее агрессивных особей. Такой ход событий в биосфере, в частности, может происходить в результате увеличения размеров как живых организмов, так и их социальных структур и сообществ, что, как правило, сопровождается ростом конкурентоспособности. Однако рост размера приводит к уменьшению числа особей в популяции и, в конечном счете, к полной скор-релированности всех частей популяции и прекращению конкурентного взаимодействия и отбора. Сокращение числа независимо функционирующих особей в сообществе приводит к невозможности поддержания в скоррелированном состоянии синтеза и разложения органических веществ в сообществе. Такой процесс мог бы привести к полной дезорганизации и, в конечном итоге, к исчезновению жизни в биосфере.[ ...]

Вещество биосферы резко и глубоко неоднородно (§ 38): живое, косное, биогенное и биокосное, Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы, действенная его энергия, по сравнению с энергией косного вещества, уже в историческом времени огромна. Живое вещество есть самая мощная геологическая сила, растущая с ходом времени. Оно живет не случайно и независимо от биосферы, но есть закономерное проявление физико-химической ее организованности. Его образование и существование есть ее главная геологическая функция (ч. II).[ ...]

Строение биосферы связано с формой планеты. Радиальные движения. Средний верхний уровень биосферы не смещается от центра планеты в течение геологического времени (§ 79). Геологические оболочки и геосферы (§ 80). Биосфера и ее геосферы (§81). Астрономический характер геологических оболочек и геосфер (§ 82). Резкое физико-химическое различие смежных геологических оболочек и геосфер. Только одно свойство - тяготение - однозначно меняется к центру планеты, но меняется скачками. Термодинамические, фазовые, парагенетические и лучистые проявления оболочек и геосфер. Глубинно-планетное физическое состояние вещества глубин Земли. Особое значение термодинамических оболочек (§ 84). Организованность геологических оболочек и геосфер (§ 85). Геологическое значение радиусов геоида (§ 86, 87).[ ...]

Шипунов Ф. Я. Организованность биосферы. М.: Наука, 1980. 290 с.[ ...]

Иерархическая организованность биосистем иллюстрирует непрерывность и дискретность эволюции жизни. Сообщество не может существовать без поступления энергии и круговорота веществ. Экосистема нежизнеспособна без взаимосвязи с популяционными системами и биосферой. Человеческая цивилизация не может существовать вне мира природы.[ ...]

В.И.Вернадскому, ее организованность - это проявление упорядоченности Космоса, главное, но не единственное выражение которой представлено в строении и свойствах механизма земной коры и его центрального блока - биосферы. По Г.Лавлоку, гомеостаз Геи - ее внутреннее свойство. По В.Г.Горшкову, биосфера гомеостатична только в рамках условий дотехногенного голоцена и ей не свойственны другие устойчивые состояния.[ ...]

Значительная часть биосферы состоит из биокосных тел. Такими являются все скопления живых организмов: леса, поля, планктон, бентос, почвы и морские илы, все земные воды, кроме некоторых рассолов, но даже и в них, как например, в Мертвом море, микробная жизнь существует. Организованные биокосные тела занимают значительную часть по весу и по объему биосферы. Их остатки, после гибели организмов, их составляющих, образуют биогенные породы, которые образуют огромную часть стратисферы.[ ...]

Современная структура биосферы характеризуется "трогой организованностью, биологическим равновес:: « численности и взаимной адаптированностыо составляющих её организмов.[ ...]

По характеру воздействия на биосферу выбросы химических производств можно разделить на организованные и неорганизованные.[ ...]

Огромна и энергетическая роль биосферы. Жизнедеятельность всех живых организмов, включая человека, с точки зрения физики представляет собой работу, для осуществления которой требуется энергия. Но энергия солнечной радиации (а Солнце - единственный источник энергии для всех обитателей Земли) непосредственно использоваться не может: она лишь нагревает поверхность Земли и далее рассеивается. Для того чтобы энергия могла осуществлять работу, она должна быть трансформирована в какие-то иные формы и запасена, как говорят физики, против градиента. Именно эту функцию выполняют представители биоты, в частности преимущественно зеленые растения - фотосинтетики. Из школьного курса биологии известно, что в клетках зеленых растений происходит фотосинтез - процесс образования органического вещества из косной неживой материи под воздействием солнечной энергии, которая преобразуется в энергию химических связей. Именно этой трансформированной энергией и пользуются все живые организмы, именно продукция фотосинтеза обеспечивает человека необходимой пищей, одеждой, энергией, поскольку тот же каменный уголь - это солнечная энергия, аккумулированная в продуктах фотосинтеза растений прошлых геологических эпох. Растения обеспечивают организованность, упорядоченность биосферы, т. е. негэнтропируют энергию в органическом веществе. Поэтому при изучении курса физики студент особенно тщательно должен разобраться в сущности второго начала термодинамики, имеющего непосредственное отношение к охране окружающей среды и экологии, в соотношении понятий «энергия» и «энтропия».[ ...]

Физическое состояние всей ткани биосферы, таким образом, может оказаться очень далеким от исходного. Ход этого процесса управляем лишь до определенной грани, количественная характеристика которой выражается функциональным и территориальным соотношением природных систем различной степени организованности и сложности.[ ...]

Таким образом, важнейшими особенностями биосферы являются ее организованность и устойчивое динамическое равновесие. Организованность означает, что биосфера - не хаос разрозненных составляющих, а некоторое единое и связное целое.[ ...]

М.И. Будыко, проведя анализ процесса перехода биосферы в ноосферу, связал образование последней с достижением следующих этапов: 1 - человечество стало единым целым, научно-техни-ческая революция охватила всю планету; 2 - осуществилась коренная перестройка связи и обмена, ноосфера стала единым организованным целым, все части которого на различных уровнях действуют согласованно друг с другом; 3 - открыты принципиально новые источники энергии (ноосфера предусматривает коренную перестройку человеком окружающей природы, ему не обойтись без колоссальных источников энергии); 4 - достигнуты социальное равенство всех людей и подъем их благосостояния; 5 - возможность регулировать состояние биосферы в соответствии с потребностями человеческого общества.[ ...]

Например, можно говорить о термодинамическом уровне организованности биосферы, выражающемся в наличии двух взаимосвязанных "слоев": верхнего, освещенного (фотобиосфера), где существуют фотосинтезирующие организмы, и нижнего, почвенного (афотобиосфера), где расположена зона подземной жизни. Термодинамический уровень организованности биосферы проявляется в специфике градиентов температуры в гидросфере, атмосфере и литосфере. Выделяют также физический, или агрегатный, уровень организованности, т. е. наличие разных фазовых состояний вещества (твердого, жидкого, газообразного), одновременно характеризующих и его разное химическое состояние.[ ...]

Изобилие соответствует ситуации, когда запас биогенов в биосфере намного больше их расхода за все время произошедшей эволюции, т.е. когда время эволюции намного меньше времени биологического оборота биогенов. При изобилии биогенов исчезает необходимость в конкурентной борьбе между организмами за выживание. В такой ситуации могло бы происходить вытеснение более организованных особей менее организованными, но более агрессивными или увеличение размеров организмов выше допустимого.[ ...]

В. И. Вернадский впервые сформулировал закон о неизбежности перехода биосферы в высшую стадию - ноосферу, сферу разума, т.е. разумно и гармонично организованную жизнь. Современных ученых интересует проблема интеллектуальных ресурсов научно-технического прогресса, когда интеллект, обусловленный человеческим мозгом, рассматривается в качестве решающего природного ресурса.[ ...]

По Вернадскому, главной функциональной частью супергеосферы является биосфера. Ей, помимо всего, присуща организованность - свойство сохранять геофизические и геохимические параметры среды в некотором узком диапазоне, что, главным образом, и обеспечило непрерывное существование и эволюцию жизни на Земле на протяжении почти 4 млрд. лет.[ ...]

Биохимические процессы в организмах также представляют собой сложные, организованные в циклы цепи реакций. На воспроизведение их в неживой природе потребовались бы огромные энергетические затраты, в живых же организмах они протекают при посредстве белковых катализаторов - ферментов, понижающих энергию активации молекул на несколько порядков. Так как материалы и энергию для обменных реакций живые существа черпают в окружающей среде, они преобразуют среду уже тем, что живут. Вернадский подчеркивал, что живое вещество проводит гигантскую геолого-хи-мическую работу в биосфере, полностью преобразуя верхние оболочки Земли за время своего существования.[ ...]

Глава 2 была фактически целиком посвящена иерархии систем, прежде всего биосферы и входящего в нее живого. Общие принципы формирования иерархии: 1) дублирование относительно разнокачественных структур, составляющих в своей организованной совокупности нечто новое, т. е. наличие свойства эмерджентности (древние говорили: целое больше суммы его частей) и 2) определенность функциональной цели организации в рамках связей со средой и внутренних возможностей системы. Сам принцип иерархической организации, или принцип интегративных уровней, в биологии и экологии принимается как аксиома или эмпирически наблюдаемый факт (разд. 3.10). Столь же аксиоматически утверждается и проявление эмерджентности с переходом от одного уровня иерархии к другому. Эмерджентность - наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам, элементам и (несистемным) блокам, а также сумме элементов и блоков, не объединенных системообразующими связями. Свойство цели как функциональное состояние и закономерность построения системы, достигаемая путем возникновения обратных связей, создает некое поле взаимодействий. Это поле не может быть бесконечным по способу организации, так как любая система существует в рамках ее характерного времени и пространства (размера).[ ...]

Второй важнейший принцип, выявленный В.И. Вернадским, - это принцип гармонии биосферы и ее организованности; в ней все учитывается и все 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 атомов энергии (Вернадский В.И., 1967, с. 24).[ ...]

22

В абиотический период истории Земли это были геохимические циклы вещества; с появлением биосферы 2,5-3 млрд. лет назад они превратились в биогеохимические, а с появлением техносферы - в технобиогеохимические. Если еще совсем недавно вопрос ставился о биогеохимических циклах в природе и их нарушении человеком , то сейчас приходится ставить вопрос для существенной части земной поверхности и для большого числа ее компонентов, а именно, о тёхнобиогеохимических циклах как современной норме природы, поскольку речь идет уже не об отдельных: нарушениях природных циклов человеком, а об их полном преобразовании (например, цикл углерода, цикл воды). Если иметь в виду то, что энергия мировой индустрии сейчас имеет тенденцию удвоения через каждый 15 лет , а в Российской Федерации, через 7 - 8 лет, то можно себе представить стремительный рост техногенной составляющей во всех глобальных циклах. Это же обстоятельство необходимо учитывать и при анализе количественных оценок всех технобиогеохимических потоков в экосфере, интенсивность и скорость которых ежегодно возрастает, что требует постоянного корректирования оценок этих явлений.[ ...]

Очень близок по содержанию и объему к этому понятию принятый рядом авторов термин «охрана биосферы». Охрана биосферы - это система мероприятий, проводимых на национальном и международном уровнях и направленных на устранение нежелательного антропогенного или стихийного влияния на функционально взаимосвязанные блоки биосферы (атмосферу, гидросферу, почвенный покров, литосферу, сферу органической жизни), на поддержание выработавшейся эволюционно ее организованности и обеспечения нормального функционирования.[ ...]

Вторым главнейшим аспектом учения В. И. Вернадского является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды. «Организм, - писал В. И. Вернадский, - имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена и к нему» (В. И. Вернадский, 1934).[ ...]

В.И.Вернадский (1980) подчеркивал, что принцип Реди “не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических явлений, не. принятых во внимание при научном определении этой формы организованности земной оболочки"(с.179). Таким образом, он признавал возможность зарождения жизни, но отрицал это применительно к известным ему условиям биосферы, для которых такое феноменальное событие нигде и никогда не удалось ни наблюдать, ни воспроизвести. Поэтому не лишено смысла предположение о возможности заноса на Землю примитивных организмов, возникших вне ее. Занос мог иметь место, например, в составе ледяных метеоритов, когда Земля не была окутана плотным покровом атмосферы.[ ...]

Важно подчеркнуть, что городская среда как объект проектирования и исследования должна обладать организованностью. Имеется в виду использование понятия «организованности» именно в том смысле, в каком его ввел В. И. Вернадский: «Живое вещество, как и биосфера, обладает своей особой организованностью и может быть рассматриваемо как закономерно выраженная функция биосферы. Организованность не есть механизм. Организованность резко отличается от механизма тем, что она находится непрерывно в становлении, в движении всех ее самых мельчайших материальных и энергетических частиц» [ 1 ]. Аналогия корректна, так как городская среда нами рассматривается сегодня как закономерно выраженная функция биосферы .[ ...]

Э. В. Гирусов (1986) высказал мнение, что ломка развития человеческой деятельности должна идти не вопреки, а в унисон с организованностью биосферы, ибо человечество, образуя ноосферу, всеми своими корнями связано с биосферой. Ноосфера - естественное и необходимое следствие человеческих усилий. Это преобразованная людьми биосфера соответственно познанным и практически освоенным законам ее строения и развития. Рассматривая такое развитие биосферы в ноосферу с позиций системного подхода, можно заключить, что ноосфера - это новое состояние некоторой глобальной суперсистемы как совокупности трех мощных подсистем: «человек», «производство» и «природа», как трех взаимосвязанных элементов при активной роли подсистемы «человек» (Прудников, 1990).[ ...]

Я давно, 32 года назад, обратил внимание на отвечающее этому геохимическому явлению вездесущее проявление одной из форм организованности биосферы - на геологическое значение рассеянных химических элементов .[ ...]

Помимо этих трех физических состояний, в это равновесие входят и другие: 1. Все живые организмы, миллиардами рассеянные в биосфере, связаны между собой водой, непосредственно или их дыханием, организованно проникнуты водой от нескольких процентов (семена и споры) до 99,7% по весу, если не больше (§ 144), Это везде, как в океане и других водоемах, так и на суше.

«…в действительности имеем дело со своеобразной организованностью биосферы, с естественным планетным телом, которое мы не можем разделить без его уничтожения» В. И. Вернадский (1977) Уровни организованности: ь пространственно временной ь физический, в т. ч. термодинамический, агрегатный, энергетический ь химический, в т. ч. биогеохимический ь биологический (структурно функциональный) ь парагенетический

«Планетарная биосфера» это единая система, из числа доступных изучению, объединяющая неживую и живую материю, имеющая собственную внутреннюю среду, отличную от внешней, термодинамически неравновесную по отношению к окружающей среде (Космосу), самостоятельно поддерживающую это неравновесие, обменивающуюся с ней (внешней средой) веществом, энергией и информацией, имеющую выраженную границу несмешиваемых сред.

Кибернетические принципы организованности биосферы Кибернети ческие системы - это сложные динамические системы любой природы (технические, биологические, экономи ческие, социальные, административные) с обратной свя зью. Сложными динамическими системами называются та кие системы, которые содержат в себе множество более простых, взаимодействующих друг с другом систем и эле ментов, которые меняются, т. е. под воздействием опре деленных процессов переходят из одного устойчивого состояния в другое. Самоорганизация структура в действии.

ГОМЕОСТАЗ. Стремление к гомеостазу – мощнейший фактор эволюции. ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ. Отрицательные обратные связи поддерживают гомеостаз, положительные – ухудшают стабильность системы. Одной из особенностей любого из важ нейших эволюционных процессов, протекающих в живом мире, является противоречие между тенденциями к ста бильности, т. е. сохранению гомеостаза, и укреплению от рицательных обратных связей, и тенденциями к поиску но вых, более рациональных способов использования внешней энергии и вещества, т. е. укреплению положительных об ратных связей. ИНФОРМАЦИЯ – отражённая структура, воспроизводящая структуру оригинала, определяет целенаправленность развития живой системы (реализация генетической программы, достижение видового разнообразия и т. д.)

Свойства самоорганизующихся систем сохраняет состояние термодинамического равновесия негаэнтропийный характер действия (использование информации) обладает функциональной активностью, выражающейся в противодействии внешним силам обладает выбором линии поведения и целенаправленностью действия обладает гомеостазом и адаптивностью системы

Закономерности внутреннего развития систем Закон вектора развития. Развитие однонаправленно. Закон необратимости эволюции (Л. Долло, 1857 1931). Закон усложнения системной организации (К. Ф. Рулье, 1814 1858). Закон неограниченного прогресса. Закон последовательности прохождения фаз развития системы. Системогенетический закон. Закон синхронизации и гармонизации подсистем (Ж. Кювье, 1769 1832)

Закономерности внутреннего развития систем Правило разновременности развития подсистем в больших системах (закон аллометрии, Д. Хаксли, 1887 1975) Правило системно динамической комплементарности

Термодинамика живых систем Принцип энергетической проводимости. Водообмен в биологической осо би занимает часы, в аэробиосфере - 8 дней, в реках - 16 дней, в озерах - 17 лет, в подземных водах - 1400 лет, в океане - 2500 лет. Закон сохранения массы. Первое начало термодинамики. Второе начало термодинамики: 1. Энергетические процессы могут идти самопро извольно только при условии перехода энергии из концентрированной формы в рассеянную; 2. Потери энергии в виде недоступного для исполь зования тепла всегда приводят к невозможности сто процентного перехода одного вида энергии (кинети ческой) в другой (потенциальную) и наоборот;

3. В замкнутой (изолированной в тепловом и ме ханическом отношении) системе энтропия либо ос тается неизменной (если в системе протекают обратимые, равновесные процессы), либо возрастает (при неравновесных процессах) и в состоянии равно весия достигает максимума. ЭНТРОПИЯ мера неупорядоченности системы, стремящаяся согласно второму принципу термодинамики, к возрастанию до состояния физического равновесия, которое необратимо. Теорема сохранения упорядоченности (И. Р. Пригожин, 1977). В открытых системах энтропия не возраста ет - она падает до тех пор, пока не достигается минимальная постоянная величина, всегда большая нуля. При этом вещество в системе распределяет ся неравномерно и организуется таким образом, что местами энтропия возрастает, а в других ме стах снижается. В целом же, используя поток энергии, система не теряет упорядоченности.

Принцип Ле Шателье Брауна. Закон минимума диссипации энергии (Л. Онсагер, 1903 1976). Закон максимизации энергии и информации (Ю. Одум). Принцип максимизации мощности. Правило основного обмена

Пространственно временная организованность Пространство понимается как форма бытия материи, характеризующая ее протяженность, структурность, сосуществование и взаимодействие элементов во всех материальных системах. Характеристики пространства биосферы: 1. Земная кора химически резко отлична от внутренних слоев планеты; 2. По набору химических элементов в земной коре преобладают элементы с четными порядковыми номерами; 3. Химический состав оболочек Солнца и звёзд соответствует составу земной коры; 4. Пространство биосферы является дисимметричным и хиральным.

Абиогенная симметрия и асимметрия живого вещества 1. Гипотеза голобиоза методологический подход, основанный на идее первичности структур типа клеточной, наделенной способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментного механизма. Появление нуклеиновых кислот в ней считается завершением эволюции, итогом конкуренции протобионтов. 2. Гипотеза генобиоза (информационная гипотеза) исходит из убеждения в первичности молекулярной системы со свойствами первичного генетического кода. 3. Молекулярная хиральность присуща только живой материи и является ее неотъемлемым свойством (Л. Пастер, 1860). Превращение молекулярно симметричных веществ неживой природы в молекулярно диссимметричные живой неразрывно связано с происхождением живой материи. Оно осуществлялось посредством особых диссимметрических сил, вызывающих диссимметризацию молекул этой материи (мощные электрические разряды, геомагнитные колебания, вращение Земли вокруг Солнца, появление Луны).

Время характеризует последовательность смены состояний и длительность бытия любых объектов и процессов, внутреннюю связь изменяющихся и сохраняющихся состояний. Свойства геологического Свойства биологического времени однонаправленно, циклично, линейно, закруглено, необратимо, существует необратимо, возникает с всегда, рождением, фон для всех процессов течение вызвано рождением, ростом, гибелью и сменой поколений. Движение времени осуществляется биологически, учитывается сменой поколений живого вещества, обуславливающей «дление» времени. Геологическое время определяется только через биологическое время. Биологическое время является абсолютной системой отсчета времени. В биосфере существует «пространство время» категория, основа которого – существование ЖВ.

Структурно функциональная организованность биосферы Пищевая цепь – это ряд организмов, связанных между собой передачей энергии от ее источника – автотрофов к потребителю – гетеротрофам. Звенья пищевой цепи, образованные сходными по типу питания организмами, называются трофическими уровнями. Энергетическим материалом для функционирования трофического уровня служат биомасса организмов предыдущего трофического уровня или продукты деструкции отмерших остатков. Два основных типа пищевых цепей: пастбищные, или цепи выедания, начинающиеся с зеленого растения, и детритные, или цепи разложения.

Энергетический баланс продуцентов: 1. запасание энергии в процессе фотосинтеза (на каждый моль ассимилированной углекислоты запасается 114 ккал энергии); 2. запасание солнечной энергии идет в очень удобной для биологического использования форме – в молекулярной, т. е. в химических связях сахаров, аминокислот, белков; 3. часть запасенной энергии используется продуцентом для построения собственного организма, часть поступает в детритные цепи и часть поступает на трофический уровень консументов.

Энергетический баланс консументов: 1. Поглощённая пища усваивается не полностью, 10 20% (сапрофаги) до 75% плотоядные виды; 2. Большая часть энергии тратится на метаболизм – трата на дыхание; 3. Меньшая часть энергии расходуется на пластические процессы; 4. Передача энергии химических соединений в организме идёт с потерей в виде тепла (низкий КПД животных клеток); 5. Потери энергии составляют около 90% при каждой передаче энергии через трофический уровень. Потерянная в цепях питания энергия может быть восполнена только поступлением ее новых порций. Поэтому биогеоценоз функционирует только за счет направленного потока энергии, постоянного поступления ее из вне в виде солнечного излучения или готовых запасов органического вещества.

Переплетения разных цепей питания в составе биогеоценозов образуют сложные сочетания видовых популяций, которые называют циклами питания или пищевыми сетями. Принцип образования пищевых сетей состоит в том, что каждый продуцент имеет не одного, а нескольких консументов. В свою очередь консументы пользуются не одним, а несколькими источниками питания.

Парагенетический уровень организованности парагенезис закономерное совместное нахождение в земной коре минералов, связанных общими условиями образования. Изучение парагенезиса минералов имеет большое значение при поисках и оценке месторождений полезных ископаемых, имеющих сходную геохимическую историю. биосфера – парагенетическая оболочка отражением парагенезиса биосферного вещества являются его типы:

Типы биосферного вещества: живое вещество биогенное вещество косное вещество биокосное вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада рассеянные атомы вещество космического происхождения