РЕФЕРАТ
по дисциплине
«Основы экологии»
Учение В.И. Вернадского
о биосфере
Содержание
Введение
Биосфера – это среда нашей
жизни, это та природа, которая нас окружает,
и о которой мы говорим. Человек, прежде
всего, своим дыханием, проявлением своих
функций, неразрывно связан с этой «природой»,
даже если бы он жил в городе или в уединенном
домике.
В.И.Вернадский.
Биосфера (греч. bios – жизнь,
sphaira – шар, сфера) – сложная наружная
оболочка Земли, населенная организмами
и составляющая в совокупности живое вещество.
Впервые термин был предложен
австралийским ученым Э. Зюссом в 1875 году.
Под этим понятием он понимал тонкую пленку
жизни на земной поверхности. Однако роль
и значение биосферы для развития жизни
оказалось настолько велико, что в начале
XX века появилось новое фундаментальное
учение – биосфера, основоположником
которого стал российский ученый В. И.
Вернадский. До Вернадского множество
других естествоиспытателей пытались
раскрыть содержание термина, но под совсем
разными названиями.
Изначально под этими терминами
подразумевалось только совокупность
живых организмов. Ученые не обращали
внимания на связь живых организмов с
геологическими процессами. Даже Э. Зюсс
в своих трудах не замечал обратного воздействия
биосферы.
Земля и ее окружающая среда
сформировалось в результате развития
Солнечной системы. Около 4,7 млрд. лет назад
из рассеянного в протосолнечной системе
газопылевого вещества образовалась планета
Земля.
Как и остальные планеты, Земля
получает энергию от Солнца в виде электромагнитного
излучения. Солнечное тепло – одно из
основных факторов климата Земли. Также
огромный тепловой поток исходит из глубин
Земли.
По новейшим данным, масса Земли
составляет 6*1021 т, объем
—1,083*1012 км3, площадь
поверхности — 510,2 млн км2 .
Размеры и все природные ресурсы
нашей планеты ограничены. Наша планета
состоит из неоднородных компонентов
и оболочек – внешних и внутренних. К внешним
относятся – биосфера, атмосфера, гидросфера
и литосфера. А к внутренним относятся
– мантия и ядро.
1. Сущность и структура
биосферы
Ламарк оказался первым
кто приступил к обозначению понятия «биосфера» в начале XIX в. . Затем (1863 г.)
французский исследователь Реют использовал
понятие «биосфера» для обозначения
части распространения жизни на нашей
планете. Первым кто предложил этот термин
был австрийский геолог Зюсс (1875 г.). Он
понимал под биосферой совокупность всех
живых организмов.
В 20-х годах ХХ века в трудах
ученого и российского академика В. И. Вернадского было разработано
представление о биосфере как глобальной
единой системе Земли, где весь основной
ход геохимических и энергетических превращений
определяется жизнью. Идеи ученого намного
опередили состояние современной ему
науки и были оценены лишь во второй половине
века. В 1926 г. его идеи о биосфере были сформулированы
в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков:
«Биосфера и космос» и «Область жизни».
Позднее эти же идеи были развиты в большой
монографии «Химическое строение биосферы
Земли и ее окружения».
Вначале В.И. Вернадский определил
пространство, охватывающее биосферу Земли.
Границы биосферы совпадают с границами
распространения живых организмов в оболочках
Земли, что определяется наличием условий
существования жизни. Верхняя граница
биосферы находится на высоте 15-20 км от
поверхности Земли. Она проходит в стратосфере.
Основная масса живых организмов находится
в нижней воздушной оболочке – тропосфере.
Наиболее населена самая нижняя часть
тропосферы (50 – 70 м). Нижняя граница жизни
проходит по литосфере на глубине 2 – 3
км. Жизнь сосредоточена в верхней
части литосферы – в почве и на ее поверхности.
Водная оболочка планеты (гидросфера)
занимает до 71 % поверхности Земли.
Также он ввел в науку интегральное
понятие живое вещество и стал называть
биосферой область нашей планеты, в которой
существует или когда-либо существовала
жизнь и которая постоянно подвергается
или подвергалась воздействию живых организмов.
Биосфера единая термодинамическая оболочка,
в которой происходит взаимодействие
живого с неорганическими условиями среды.
Он показал, что биосфера, прежде всего,
отличается от других сфер, тем, что в ней
наблюдается геологическая деятельность
всех живых организмов. Главная планетарная
функция живых организмов заключается,
в связывании и запасании солнечной энергии,
которая идет на поддержание всех геохимических
процессов.
Непрерывно происходящий круговорот
веществ, который регулируется живыми
организмами, показывает нам особую черту
оболочки Земли. В.И. Вернадский считал,
что вклад живых организмов в энергетику
биосферы и их влияние на неживые тела
не учитывали. Участие каждого отдельного
организма в геологической истории Земли
ничтожно мало. Однако живых существ на
Земле бесконечно много, они обладают
высоким потенциалом размножения, активно
взаимодействуют со средой обитания и,
представляют в своей совокупности особый,
глобальных масштабов фактор, преобразующий
верхние оболочки Земли.
Занимаясь созданной наукой биохимией,
В.И. Вернадский пришел к выводу, что жизнь
– это химическое производное земной
коры, так как в организмах обнаружены
почти все элементы таблицы Менделеева,
т.е. они характеризуются той же химией,
что и неживая природа. Исходя из этого,
он сформулировал три важных биогеохимических
принципа:
Биогенная миграция химических
элементов всегда стремится к своему максимальному
проявлению.
Эволюция видов в ходе геологического
времени происходит в направлении, усиливающем
биогенную миграцию атомов.
Живое вещество находится в
непрерывном химическом обмене с окружающей
его средой, создающейся и поддерживающейся
на Земле космической энергией Солнца.
Перечисленные биогеохимические
принципы соотносятся со следующими важными
выводами: каждый организм может существовать
только при тесной связи с другими организмами
и неживой природой ; жизнь со всеми ее
проявлениями произвела глубокие изменения
на Земле.
2. Учение академика
В.И. Вернадского о биосфере
Академик Владимир Иванович
Вернадский - основоположник научного
направления биогеохимия и выдающийся
естествоиспытатель, который посвятил
свою жизнь изучению процессов, протекающих
в биосфере.
Большинство процессов, меняющих
лик нашей планеты в течение геологического
времени, раньше рассматривали
как физические, химические или физико-химические
явления. В.И. Вернадский впервые создал
учение о геологической роли живых организмов,
показав, что деятельность живых существ
является главным фактором преобразования
земной коры. Результатом жизнедеятельности
живых организмов является: облик Земли,
ее атмосфера, осадочные породы, ландшафты.
Человеку отведена особая роль в становлении
лика нашей планеты. Деятельность человечества
была представлена как стихийный природный
процесс, истоки которого теряются в глубинах
истории.
В 1926 г. вышла его книга «Биосфера»,
в которой он показал, что деятельность
живых организмов изменяет геологические
оболочки. Биосфера впервые была показана
как часть Земли, которая находится под
влиянием живым веществ: «Биосфера — организованная,
определенная оболочка земной коры, сопряженная
с жизнью». Ученый выяснил, что взаимодействие
живого вещества с косным веществом
является частью большого механизма,
благодаря которому происходят разнообразные
геохимические и биогенные процессы, миграции
атомов, осуществляется их участие в геологических
и биологических циклах.
В.И. Вернадский отмечал, что
биосфера - это взаимодействие живой
и неживой природы земли, тесно взаимодействующей
и составляющей единую систему и также
результат биологического и геологического
развития. С одной стороны, это среда жизни,
а с другой — результат жизнедеятельности.
С современной точки зрения, биосфера
рассматривается как своеобразная оболочка
земли, содержащая всю совокупность живых
организмов и ту часть вещества планеты,
которая находится в непрерывном обмене
с этими организмами. Вернадский впервые
показал, что химическое состояние наружной
коры нашей планеты находится под влиянием
живых организмов и их жизнедеятельности,
с которой связан великий планетарный
процесс — миграция химических элементов
в биосфере. Эволюция видов, приводящая
к созданию новых форм жизни, устойчива
и должна идти в направлении увеличения
миграции атомов.
В.И. Вернадский подчеркивал,
что границы биосферы определены полем
существования жизни. На формирование
жизни и на границы биосферы оказывают
воздействие большинство факторов,
прежде всего это наличие кислорода,
углекислого газа и воды в ее жидкой фазе.
Слишком высокие или низкие температуры
и элементы минерального питания ограничивают
область распространения жизни.
В работах Вернадского, биосфера
состоит из нескольких компонентов. Всю
совокупность организмов на планете В.И.
Вернадский назвал живым веществом, рассматривая
в качестве его основных характеристик
суммарную массу, химический состав и
энергию. В процессе жизнедеятельности
живые организмы взаимодействуют с неживым
(абиогенным) – косным веществ. Вещество
биосферы в создании, которого живой организм
не принимает участия. Следующий компонент
- биогенное вещество, которое создается
и перерабатывается живыми организмами.
Еще одним составляющим биосферы является
биокосное вещество, которое представляет
собой результат общей деятельности живых
организмов и геологических процессов.
Косное вещество резко преобладает
по массе и объему. Живое вещество по массе
составляет ничтожную часть нашей планеты:
примерно 0,25 % биосферы. Причем «масса
живого вещества остается в основном постоянной
и определяется лучистой солнечной энергией
заселения планеты». В настоящее время
этот вывод Вернадского называется законом
константности.
В.И. Вернадский сформулировал
пять постулатов, относящихся к функции
биосферы.
Первый постулат: «С самого
начала биосферы жизнь, в нее входящая,
должна была быть уже сложным телом, а
не однородным веществом, поскольку связанные
с жизнью ее биогеохимические функции
по разнообразию и сложности не могут
быть уделом какой-нибудь одной формы
жизни».
Второй постулат: «Организмы
проявляются не единично, а в массовом
эффекте. Первое появление жизни должно
было произойти не в виде появления одного
какого-нибудь вида организмов, а их совокупности,
отвечающей геохимической функции жизни.
Должны были сразу появиться биоценозы».
Третий постулат: «В общем монолите
жизни, как бы ни менялись его составные
части, их химические функции не могли
быть затронуты морфологическим изменением».
Четвертый постулат: «Живые
организмы своим дыханием, своим питанием,
своим метаболизмом, непрерывной сменой
поколений порождают одно из грандиознейших
планетных явлений - миграцию химических
элементов в биосфере»
Пятый постулат: «Все без исключения
функции живого вещества в биосфере могут
быть исполнены простейшими одноклеточными
организмами».
Разрабатывая учение о биосфере,
В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным
трансформатором космической энергии
является зеленое вещество растений, поскольку
только оно способно поглощать энергию
солнечного излучения и синтезировать
первичные органические соединения.
3. Живое вещество планеты
Земля
Главная идея В.И. Вернадского заключена в
том, что жизнь – это высшая фаза развития
материи Земли, которая определяет
и подчиняет себе другие планетарные процессы.
Он писал, что химическое состояние наружной
коры нашей планеты, биосферы, всецело
находится под влиянием жизни и определяется
живыми организмами.
Суммарный химический состав
живых существ отличается от состава атмосферы
и литосферы. Он ближе к химическому составу
гидросферы по преобладанию атомов водорода
и кислорода, но, в отличие от гидросферы,
в организмах относительно велика доля
углерода, кальция и азота. Живое вещество
в основном состоит из элементов, образующих
газообразные и растворимые соединения.
Значительное место в работах
В.И. Вернадского отведено зеленому живому
веществу растений, потому что оно автотрофно
и способно аккумулировать лучистую энергию
Солнца, образуя с ее помощью первичные
органические соединения.
Более 99% энергии, поступающей
на поверхность Земли, составляет излучение
Солнца. Эта энергия растрачивается в
громадном большинстве физических и химических
процессов в гидросфере, атмосфере и литосфере:
перемешивании воздушных и водных масс,
выветривании, испарении и выделении газов
и т.п.
На Земле существует только
единственный процесс, при котором энергия
солнечного излучения не только тратится
и перераспределяется, но и связывается,
запасается иногда на очень длительное
время. Этот процесс – создание органического
вещества в ходе фотосинтеза.
За время существования жизни
на нашей планете живые существа превратили
в химическую работу большое количество
солнечной энергии. Значительная ее часть
сохранилась в связанном виде. Для современной
биосферы характерны залежи угля и других
органических веществ, образовавшихся
в палеозое, мезозое и кайнозое.
В учении о биосфере понятие
«живое вещество» является основополагающим. Живые
организмы создают бесконечное разнообразие
нашего мира, превращая космическую энергию
в земную и в химическую. Они осуществляют
в биосфере грандиозный планетарный процесс
– миграцию химических элементов. Осуществляется
этот процесс с помощью своего дыхания,
питания, метаболизмом, смертью, разложением
и непрерывной сменой поколений.