Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Ограниченность  проявления симметрий связана с  иерархией симметрий. Не анализируя всей сложности возникающих ситуаций, только укажем некоторые из них: при  взаимопревращениях микрообъектов сохраняется электрический заряд; при сильных взаимодействиях сохраняется величина, получившая название для барионов (тяжелых частиц) барионный заряд, сами барионы, за исключением сверхстабильного протона, рождаются парами; подобный закон сохранения действует и для лептонов (легких частиц); в ядрах атомов нейтрон и протон оказываются неразличимыми (но только в ядрах), то есть являются как бы одной частицей — нуклоном, эта симметрия имеет особое название — изотопическая инвариантность. Число примеров можно было бы множить, тем более, что вся вторая половина XX века прошла в теоретической физике под знаком господства так называемой калибровочной инвариантности как особого вида симметрии, которым обладает как электромагнитное поле, так и все другие физические поля микромира.

Суть калибровочной инвариантности состоит в том, что взаимодействующие  тем или иным образом (электромагнитным, гравитационным, сильным и слабым) частицы переносят это взаимодействие посредством некоторого, в каждом конкретном случае своего, особого поля. Эта особенность взаимодействия оказалась всеобщей и универсальной. В конечном итоге, поиски все новых симметрий «подарили», как мы отмечали, самые «элементарные» из всех частиц — кварки, что послужило основанием появления новой физики микромира, основанной исключительно на симметриях — квантовой хромодинамик.

 

4.Атмосфера Земли:  строение, состав, функции.

Атмосфера - это внешняя газовая  оболочка Земли, которая начинается у ее поверхности и простирается в космическое пространство приблизительно на 3000 км.

Строение атмосферы. Атмосфера простирается вверх на много сотен километров. Верхняя её граница, на высоте около 2000 – 3000 км, в известной мере условна, так как газы, её составляющие, постепенно разре- жаясь, переходят в мировое пространство. С высотой меняются химический состав атмосферы, давление, плотность, температура и другие её физические свойства. Химический состав воздуха до высоты 100 км. существенно не меняется. Несколько выше атмосфера также состоит главным образом из азота и кислорода. Но на высотах 100 – 110 км., под действием ультрафиолетовой радиации солнца, молекулы кислорода расщепляются на атомы и появляется атомарный кислород. Выше 110 – 120 км. кислород почти весь становится атомарным. Предполагается, что выше 400 – 500 км. газы, составляющие атмосферу, также находится в атомарном состоянии. Давление и плотность воздуха с высотой быстро уменьшаются. Хотя атмосфера простирается вверх на сотни километров, основная масса её размещается в довольно тонком слое, прилегающем к поверхности земли в самых нижних её частях. Так, в слое между уровнем моря и высотами 5 – 6 км. сосредоточена половина массы атмосферы, в слое 0 – 16 км. – 90%, а в слое 0 – 30 км. – 99%. Такое же быстрое уменьшение массы воздуха происходит выше 30 км. Если вес 1 м³ воздуха у поверхности земли равен 1033 г., то на высоте 20 км. он равен 43 г., а на высоте 40 км. лишь 4 г.  
На высоте 300 – 400 км. и выше воздух настолько разрежён, что в течение суток плотность его изменяется во много раз. Иссле-дования показали, что это изменение плотности связано с положе- нием Солнца. Наибольшая плотность воздуха около полудня, наименьшая – ночью. Объясняется это отчасти тем, что верхние слои атмосферы реагируют на изменение электромагнитного излучения Солнца. Изменение температуры воздуха с высотой происходит также неодинаково. По характеру изменения температуры с высотой атмосфера делится на несколько сфер, между которыми располагаются переходные слои, так называемые паузы, где температура с высотой мало изменяется.

В таблице приведены наименования и главные характеристики сфер и  переходных слоёв:

 

Сфера	Высота нижней и верхней    границы, км.	Характер изменения    температуры с высотой	Переходный слой
Тропосфера    Стратосфера    Мезосфера    Термосфера    Экзосфера	От поверхности земли до 8 – 17     От 8 – 17 до 50 – 55     От 50 – 55 до 80    От 80 до 800    Выше 800	Понижение    Повышение    Понижение    Повышение    –	Тропопауза    Стратопауза    Мезопауза    Термопауза    –

 

Тропосфера. Физические свойства тропосферы в значительной степени определяются влиянием земной поверхности, которая является её нижней границей. Наибольшая высота тропосферы на- блюдается в экваториальной и тропической зонах. Здесь она достигает 16 – 18 км. и сравнительно мало подвергается суточным и сезонным изменениям. Над приполюсными и смежными областями верхняя граница тропосферы лежит в среднем на уровне 8 – 10 км. В средних широтах она колеблется от 6 – 8 до 14 – 16 км.

Стратосфера простирается от высот 8 – 17 до 50 – 55 км. Она была открыта в начале нашего века. По физическим свойствам стратосфера резко отличается от тропосферы уже тем, что темпера- тура воздуха здесь, как правило, повышается в среднем на 1°–2° на километр поднятия и на верхней границе, на высоте 50 – 55 км, становится даже положительной: +10^о. Повышение температуры в этой сфере вызвано наличием здесь озона (О₃), который образуется под влиянием ультрафиолетовой радиации Солнца. Слой озона занимает почти всю стратосферу. Этот слой, границы которого приблизительно соответствуют границам стратосферы, называют озоносферой. Это слой 10 – 60 км, содержащий озон с максимумом на высоте 22- 25 км.

Мезосфера. Наблюдениями с помощью метеорологических ра-кет и другими способами установлено, что общее повышение температуры, наблюдающееся в стратосфере, заканчивается на высотах 50 – 55 км. Выше этого слоя температура вновь понижается и у верхней границы мезосферы (около 80 км.) достигает -75°,-90°. Давление воздуха вверху мезосферы примерно в 200 раз меньше, чем у земной поверхности. На уровне 80 км. от поверхности Земли заключено свыше 99,5% всей массы атмосферы. Далее вновь происходит повышение температуры с высотой. 

Термосфера. Выше мезосферы расположена термосфера, для которой характерно повышение температуры с высотой. По полученным данным, преимущественно с помощью ракет, установлено, что в термосфере уже на уровне 150 км. температура воздуха достигает 220°—240°, а на уровне 200 км. более 500°. Выше температура продолжает повышаться и на уровне 500—600 км. превышает 1500°.

Экзосфера (сфера рассеяния) – самая верхняя часть атмосферы, расположена выше 800 км. Она мало изучена. По данным наблюдений и теоретических расчетов температура в экзосфере с высотой возрастает предположительно до 2000°. В отличие от нижней ионосферы, в экзосфере газы настолько разрежены, что частицы их, двигаясь с огромными скоростями, почти не встречаются друг с другом.

Состав атмосферы.

Воздух – смесь газов, отличающаяся, за исключением водяных паров, постоянством химического состава. В сухом  воздухе у земной поверхности  содержится (% по объёму): азот – 78,08; кислород – 20,96; аргон – 0,93; углекислый газ – 0,03. Есть в воз- духе и другие газы (криптон, ксенон, неон, гелий, водород, йод, радон, метан и некоторые другие), но их содержание ничтожно – тысячные и миллионные доли процента. Таким образом, химический состав воздуха, состоящего более чем на 3/4 из азота, резко отличен от земной коры, бедной азотом.

Основные функции атмосферы:

- источник кислорода для дыхания;

- источник углекислого газа  для процессов фотосинтеза;

- защита от действия ультрафиолетовой радиации, космической радиации;

- среда обитания живых организмов;

- определяет движение воздушных потоков, погодные явления.

 

5.Реакционная способность веществ.

Реакционная способность – это  способность веществ вступать в химические реакции. Она зависит от многих факторов:

- от типа состава вещества;

- от типа химических связей  в веществе;

- от агрегатного состояния вещества;

- от измельчения вещества, в  том числе от того переведено  вещество в растворенное состояние  или нет;

- от температуры и других  факторов.

Кроме того, реакционная способность  веществ зависит от строения атомов тех элементов, которые входят в  состав этого вещества.

Число известных в природе и  технике химических процессов очень  велико. Одни из них, например, окисление бронзы на воздухе, протекают веками, другие — горение бензина — очень быстро. Разложение же взрывчатых веществ происходит в миллионные доли секунды. При промышленном производстве химических продуктов очень важно знать закономерности протекания реакций во времени, т. е. зависимость их скорости и выхода продукта от температуры, давления, концентрации реагентов и примесей.

На скорость некоторых химических реакций можно влиять присутствием небольшого количества определенных веществ, которые сами в реакции участия не принимают. Вещества эти называются катализаторами. Катализаторы бывают положительными, ускоряющими реакцию, и отрицательными — замедляющими ее. Каталитическое ускорение химической реакции называется катализом и является приемом современной химической технологии (производство полимерных материалов, синтетического топлива и др.). Считается, что удельный вес каталитических процессов в химической промышленности достигает 80%. Благодаря катализу существенно повысилась эффективность экономики химической промышленности, поскольку ускорение химических реакций заметно влияет на снижение издержек производства.

Катализатор ускоряет химическую реакцию  благодаря: снижению энергии активации; повышению энергии активации: уменьшению теплового эффекта реакции; возрастанию теплового эффекта реакции.

 

6. Образование генетического кода и его значение в живом организме.

Генетическая информация заключена  в последовательности нуклеотидов. Это значит, что строго определенная последовательность нуклеотидов  соответствует определенной аминокислоте, а определенный порядок расположения и количество аминокислот соответствует определенной структуре белка. Таким образом, иРНК несет генетическую информацию в виде генетического кода, который с помощью четырех символов (четыре нуклеотида А, Г, Ц, У) задает любую из 20 аминокислот.

Свойства генетического кода:

Код триплетен. Каждая из 20 аминокислот  зашифрована последовательностью 3-х  нуклеотидов. Эта последовательность называется кодоном.

Код вырожден. Каждая аминокислота кодируется более, чем одним кодоном (от 2 до 6 кодонов на одну аминокислоту).

Код однозначен. Каждый кодон соответствует  только одной аминокислоте.

Генетический код универсален, т.е. един для всех живых организмов планеты.

Таким образом, ген представляет собой чередование «слов из трех букв» - кодонов, образованных из четырехбуквенного алфавита.

Необходимо особо подчеркнуть  универсальность генетического  кода – с его помощью закодирована вся информация и о простейшем одноклеточном организме, и о  человеке. Но в первом случае можно было обойтись и более простым кодом, а во втором – лучше бы использовать более совершенный (сложный код). Поэтому единство генетического кода служит очень весомым аргументом в пользу единого эволюционного пути всего живого на Земле.

 

Международная программа «Геном человека»  посвящена решению проблемы картрирования  генов человека. К настоящему времени практически полностью расшифрована полная последовательность ДНК человека. Главная задача исследований – изучить вариации ДНК в разных органах и клетках отдельных индивидуумов и выявить генетические различия между ними. Анализ таких различий позволит построить индивидуальные генные портреты людей, что даст возможность лучше лечить болезни. Кроме того, такой анализ позволит выявить различия между популяциями и выявить географические районы повышения генома людей. Таким образом, благодаря геномным исследованиям стало ясно, что в ходе эволюции жизни на Земле сначала выделились представители архей, имеющих клетки без ядер, а позже эукариот (состоящих из клеток с ядрами), включая человек.

Геномными исследованиями было выявлено также совпадение нуклеотидных последовательностей  у неродственных видов. Это дает основания предположить, что в процессе эволюции происходил перенос генов от одного вида к другому. Например, оказалось, что геномы человека и мыши весьма близки – их нуклеотидные последовательности совпадают более чем на 90%.