Контрольная работа по "Концепциям современного естествознания"

·         развитие рассматривается как универсальный (осуществляющийся везде и всегда) и глобальный (охватывающий все и вся) процесс; (концепция универсального эволюционизма).

·         саморазвитие трактуется как самодетерминированный нелинейный процесс самоорганизации нестационарных открытых систем.

Эти черты эволюционно-синергетической  картины мира позволяют по-новому решать проблему единства мира, понять взаимосвязи между различными уровнями организации материального мира (мега-, макро- и микромирами), живой и неживой материей, увидеть в новом ракурсе место и роль разума во Вселенной. Начинается новый этап развития самой науки — постнеклассический.

Современная научная картина мира состоит  из трех относительно самостоятельных  блоков -естественнонаучного, технического и социально-гуманитарного, единство которых обеспечивают фундаментальные философские принципы и категории. Они позволяют видеть мир как единое целое, отдельные фрагменты которого изучаются конкретными науками.

При смене картины мира пересматриваются основные вопросы мироздания, структура  знаний и место науки в жизни  общества. Оказалось, что окружающий нас физический мир существовал  не всегда – это важнейшее научное  открытие XX в. Вселенная возникла внезапно, в результате Большого взрыва – чудовищного катаклизма, когда температура и давление значительно превосходили их предельные значения, которые мы наблюдаем сегодня. В настоящее время приходит осознание, что мир является нелинейным. Нелинейность присуща не только физическим процессам. Все глобальные процессы – экономические, социологические, демографические, экологические – описываются нелинейными законами. В естествознании активно исследуются процессы самоорганизации материи. Показано, что новые структуры могут возникать в точках ветвления системы (точках бифуркации), когда становится существенным выбор решения и пути развития, а в промежутках между ними поведение системы описывается обычными причинно-следственными законами. Упорядоченные структуры возникают не только в термодинамике, но и в астрофизике, нелинейной оптике, химии, биологии, экологии, геологии и т.д. Все это свидетельствует в пользу единства естествознания.

5. Геофизическое строение и эволюция Земли. Уникальность планеты Земля в ряду других планет Солнечной системы.

 
      Вопрос ранней эволюции Земли  тесно связан с теорией ее  происхождения. Сегодня известно, что наша планета образовалась  около 4,5 млрд. лет назад. В процессе  формирования Земли из частиц  протопланетного облака постепенно  увеличивалась ее масса. Росли  силы тяготения, а, следовательно,  и скорости частиц, падавших на  планету. Кинетическая энергия  частиц превращалась в тепло,  и Земля все сильнее разогревалась.  При ударах на ней возникали  кратеры, причем выбрасываемое  из них вещество уже не могло  преодолеть земного тяготения  и падало обратно.  
     Чем крупнее были падавшие объекты, тем сильнее они нагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине, равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела. А так как основная масса на этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизится к точке плавления. Дополнительное повышение температуры, вероятно, вызвал распад короткоживущих радиоактивных изотопов.  
     По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться еще на стадии ее формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаяся конвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определенная часть более тяжелого вещества все же успевала опустится под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле.  
     Предположительно ядро образовалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристализовываться - так (возможно) зародилось твердое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1,7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.  
     Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше и в некотором отношении не закончилось до сих пор.  
     Литосфера сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень неустойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху так называемой великой бомбардировки (от 4,2 до 3,9 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов.  
     Около 3,8 млрд. лет назад сложилась первая легкая и, следовательно, "непотопляемая" гранитная кора. В то время планета уже имела воздушную оболочку и океаны; необходимые для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров. Кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, во-первых, фотохимической диссоциации воды и, во-вторых, фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких как сине-зеленые водоросли. 600 млн лет назад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на современные. Новый сверхматерик Пангея появился значительно позже. Он существовал 300-200 млн. лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки.  
Земля является крупнейшей и самой плотной из внутренних планет. У Земли наблюдается тектоника плит. Вопрос о наличии жизни где-либо, кроме Земли, остаётся открытым. Однако среди планет земной группы Земля является уникальной (прежде всего — гидросферой). Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет — она содержит свободный кислород.

6. Происхождение и эволюция жизни на Земле.

Согласно одной из гипотез  жизнь началась в кусочке льда. Хотя многие ученые полагают, что присутствующий в атмосфере углекислый газ обеспечивал  поддержание тепличных условий, другие считают, что на Земле господствовала зима. При низкой температуре все  химические соединения более стабильны  и поэтому могут накапливаться  в больших количествах, чем при  высокой температуре. Занесенные из космоса осколки метеоритов, выбросы  из гидротермальных источников и  химические реакции, происходящие при  электрических разрядах в атмосфере, были источниками аммиака и таких  органических соединений, как формальдегид и цианид. Попадая в воду Мирового океана, они замерзали вместе с  ней. В ледяной толще молекулы органических веществ тесно сближались и вступали во взаимодействия, которые  приводили к образованию глицина  и других аминокислот. Океан был  покрыт льдом, который защищал вновь  образовавшиеся соединения от разрушения под действием ультрафиолетового  излучения. Этот ледяной мир мог  растаять, например, при падении  на планету огромного метеорита.

Чарлз Дарвин и его современники полагали, что жизнь могла возникнуть в водоеме. Этой точки зрения многие ученые придерживаются и в настоящее время. В замкнутом и сравнительно небольшом водоеме органические вещества, приносимые впадающими в него водами, могли накапливаться в необходимых количествах. Затем эти соединения еще больше концентрировались на внутренних поверхностях слоистых минералов, которые могли быть катализаторами реакций.

А может быть, жизнь возникла в районах вулканической деятельности? Непосредственно после образования  Земля представляла собой огнедышащий  шар магмы. При извержениях вулканов и с газами, высвобождавшимися  из расплавленной магмы, на земную поверхность  выносились разнообразные химические вещества, необходимые для синтеза  органических молекул. Так, молекулы угарного газа, оказавшись на поверхности минерала пирита, обладающего каталитическими  свойствами, могли реагировать с  соединениями, имевшими метильные группы, и образовывать уксусную кислоту, из которой затем синтезировались другие органические соединения.

Одно  из наиболее удачных определяет жизнь  как самоподдерживающуюся химическую систему, способную вести себя в  соответствии с законами дарвиновской эволюции. Это значит, что, во-первых, группа живых особей должна производить  подобных себе потомков, которые наследуют  признаки родителей. Во-вторых, в поколениях потомков должны проявляться последствия  мутаций – генетических изменений, которые наследуются последующими поколениями и обуславливают  популяционную изменчивость. И в-третьих, необходимо, чтобы действовала система естественного отбора, в результате которого одни особи получают преимущество перед другими и выживают в изменившихся условиях, давая потомство.

4 млрд лет назад загадочным образом возникла РНК. Возможно, что она образовалась из появившихся на первобытной земле более простых органических молекул. Полагают, что древние молекулы РНК имели функции носителей генетической информации и белков-катализаторов, они были способны к репликации (самоудвоению), мутировали и подвергались естественному отбору.

3,9 млрд лет назад появились одноклеточные организмы, которые, вероятно, выглядели, как современные бактерии, и архебактерии. Как древние, так и современные прокариотные клетки устроены относительно просто: они не имеют оформленного ядра и специализированных органелл, в их желеподобной цитоплазме располагаются макромолекулы ДНК – носители генетической информации, и рибосомы, на которых происходит синтез белка, а энергия производится на цитоплазматической мембране, окружающей клетку.

2 млрд лет назад появились сложноорганизованные эукариотные клетки, когда одноклеточные организмы усложнили свое строение за счет поглощения других прокариотных клеток. Одни из них – аэробные бактерии – превратились в митохондрии – энергетические станции кислородного дыхания. Другие – фотосинтетические бактерии – начали осуществлять фотосинтез внутри клетки-хозяина и стали хлоропластами в клетках водорослей и растений. Эукариотные клетки, имеющие эти органеллы и четко обособленное ядро, включающее генетический материал, составляют все современные сложные формы жизни – от плесневых грибов до человека.

1,2 млрд лет назад произошел взрыв эволюции, обусловленный появлением полового размножения и ознаменовавшийся появлением высокоорганизованных форм жизни – растений и животных.

7. Молекулярно-генетические основы жизни. Геном человека.

 Молекулярно-генетический уровень - это наиболее элементарный характерный для жизни уровень. Как бы сложно или просто ни было строение любого живого организма, они все состоят из одинаковых молекулярных соединений. Примером этого являются нуклеиновые кислоты, белки, углеводы и другие сложные молекулярные комплексы органических и неорганических веществ. Их называют иногда биологическими макромолекулярными веществами. На молекулярном уровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обмен веществ, превращение энергии. С помощью молекулярного уровня осуществляется передача наследственной информации, образуются отдельные органоиды и происходят другие процессы. 

Наследственная информация заключена в полинуклеотидной структуре  молекулы ДНК.  Две ее полинуклеотидные цепи,  закрученные относительно друг друга, образуют двойную спираль. Каждая из полимерных цепей двойной  спирали построена из нуклеотидов  (мономеров)  четырех типов.  Нуклеотиды имеют сахарофосфатную структуру с присоединенным основанием,  которые различаются между собой и носят названия:   аденин  (А),  гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т). Благодаря этим азотистым основаниям, две цепи объединяются за счет водородной связи и закручиваются в двойную спираль.  Причем водородные связи могут образовываться только между аденином и тимином,  гуанином и цитозином.  Эти пары оснований называют комплементарными (дополняющими друг друга),  а способ построения двойной спирали – принципом комплементарности.

Ген –  это участок  молекулы ДНК,  содержащий информацию о синтезе одного из белков организма. 

Геном –  это совокупность генов,  содержащихся в одинарной  хромосоме данного организма.  В большинстве нормальных клеток человека содержится полный набор составляющих геном 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин). Хромосомы в общей сложности содержат приблизительно 3 миллиарда пар оснований нуклеотидов ДНК, образующих 20 000—25 000 генов. Только для 1,5 % всего материала удалось выяснить функцию, остальная часть составляет так называемую мусорную ДНК. В эти 1,5 % входят гены, которые кодируют РНК и белки, а также их регуляторные последовательности, интроны и, возможно, псевдогены.

 Генотип –  это  единая система всех генов  организма,  находящихся в сложном  взаимодействии между собой и  содержащая полную информацию  о его генетической конституции. 

Хромосома –  это структурная  единица ядра клетки,  содержащая ДНК,  в которой заключена вся  наследственная информация организма.  При делении клетки происходит самоудвоение и распределение хромосомы по дочерним клеткам,  что обеспечивает передачу наследственных признаков  организма следующему поколению.

8. Проблемы рационального природопользования. Концепция «устойчивого развития» - документы ООН.

Рациональное природопользование – это система взаимодействия общества и природы, построенная на основе научных законов и в наибольшей степени отвечающая задачам как развития производства, так и сохранения биосферы. Главный принцип рационального природопользования – “используй, охраняя, и охраняй, используя”.

Направления действий по обеспечению  устойчивого развития в программном  документе ООН «Повестка дня 21 века»: минимизация потребления  ресурсов, минимизация производства отходов, рециклинг и повторное использование отходов, исключение или минимизация загрязнений, исключение прежних загрязнений и раннее нанесенного вреда, предупреждение нанесения вреда природе, управление энергией, снижение потребления и нужд, поощрение незагрязняющего транспорта и снижение потребностей в транспорте, поддержка лесов, новых лесопосадок и биологического разнообразия, обеспечение основных прав человека, искоренение дискриминации и бедности, обеспечение снабжения товарами и продуктами, обеспечение равных возможностей в получении базового образования для всех, мониторингсостояния природы для включения воздействий на природу в оценку политики и проектов.

По определению  ООН, «устойчивый город является городом, в котором достижения в  общественном, экономическом, и физическом развитии постоянны. Устойчивый город  постоянно обеспечен природными ископаемыми, от которых зависит  устойчивое развитие. Устойчивый город  поддерживает длительную безопасность жителей, в том числе и от природных  катастроф». Говоря иначе, по мнению мирового сообщества, устойчивое развитие города обеспечивает его населению безопасность и высокое качество жизни при сохранении природной среды, ресурсов и экологического равновесия всей экономической и общественной деятельности горожан.

Концепция устойчивого развития основывается на пяти основных принципах:

1) Человечество должно  и способно придать экономическому  развитию устойчивый долговременный  характер, чтобы удовлетворять потребности  ныне живущих людей и сохранить  природу для будущих поколений.

2)  Эксплуатацию природных  ресурсов можно разумно ограничить,  если применять новейшую технику  и технологии,  обеспечить высокий  уровень управления природно-хозяйственными  системами,  а также учитывать  адаптационные возможности биосферы.

3) Необходимо обеспечить  устойчивый рост благосостояния  людей и всем предоставить  возможность реализовать свои  планы на более благополучную  жизнь.  В связи с этим принципом  следует заметить,  что по оценкам  в настоящее время: 

• по крайней мере половина взрослого населения планеты не умеют ни читать, ни писать;

• пятая часть человечества голодает или недоедает;

• каждый шестой не имеет  достойного жилья;

• каждый четвертый испытывает недостаток в безопасной питьевой воде;

• каждый третий не получает надлежащей медицинской помощи.

4)  Необходимо согласовать  потребление природных ресурсов  богатыми людьми с экологической  ситуацией на планете.

5) Темпы роста населения  планеты должны находиться в  соответствии с экономическим  и природным потенциалом Земли.

9. Глобальные экологические проблемы биосферы Земли.

Охрана  почв от человека является одной из важнейших задач человека, так  как любые вредные соединения, находящиеся в почве, рано или  поздно попадают в организм человека.

Во-первых, происходит постоянное вымывание загрязнений в открытые водоемы и грунтовые воды, которые могут использоваться человеком для питья и других нужд. Во-вторых, эти загрязнения из почвенной влаги, грунтовых вод и открытых водоемов попадают в организмы животных и растений, употребляющих эту воду, а затем по пищевым цепочкам опять-таки попадают в организм человека. В-третьих, многие вредные для человеческого организма соединения имеют способность аккумулироваться в тканях, и, прежде всего, в костях.

По  оценкам исследователей, в биосферу поступает ежегодно около 20-30 млрд. т. твердых отходов, из них 50-60 % органических соединений, а в виде кислотных  агентов газового или аэрозольного характера - около 1 млрд. т. Как же вещества-загрязнители литосферы попадают в почву? Различные  почвенные загрязнения, большинство  из которых антропогенного характера, можно разделить по источнику  поступления этих загрязнений в  почву.

Атмосферными  осадками. Многие химические соединения (газы - оксиды серы и азота), попадающие в атмосферу в результате работы предприятий, затем растворяются в капельках атмосферной влаги и с осадками попадают в почву.Осаждающиеся в виде пыли и аэрозолей. Твердые и жидкие соединения при сухой погоде обычно оседают непосредственно в виде пыли и аэрозолей. При непосредственном поглощении почвой газообразных соединений. В сухую погоду газы могут непосредственно поглощаться почвой, особенно влажной. С растительным опадом. Различные вредные соединения, в любом агрегатном состоянии, поглощаются листьями через устьица или оседают на поверхности. Затем, когда листья опадают, все эти соединения поступают в почву.