Биосфера. Понятие. Учение

Введение

История науки знает немало великих имён, с которыми связаны фундаментальные открытия в области естественных и общественных наук. В ХХ в. большое значение в области естественных наук приобрел Владимир Иванович Вернадский. На его принадлежность к своей сфере могут претендовать и естествоиспытатели самых различных направлений, и приверженцы точного экспериментально проверяемого знания, и историки науки и человеческой мысли, и науковеды, и, конечно, философы-гуманисты, социологи. Он, несомненно, принадлежал к тем немногим в истории не только своего народа, но и человечества, кому было по силам охватить могучим умом целостность всей картины мира и стать провидцем.

Вернадский Владимир Иванович (1863-1945), российский естествоиспытатель, мыслитель и общественный деятель. Основоположник комплекса современных наук о Земле - геохимии, биогеохимии, радиогеологии, гидрогеологии и др. Создатель многих научных школ. Академик АН СССР (1925; академик Петербургской АН с 1912; академик Российской АН с 1917), первый президент АН Украины (1919). Профессор Московского университета (в 1898-1911), ушел в отставку в знак протеста против притеснений студенчества. Идеи Вернадского сыграли выдающуюся роль в становлении современной научной картины мира. В центре его естественнонаучных и философских интересов - разработка целостного учения о биосфере, живом веществе (организующем земную оболочку) и эволюции биосферы в ноосферу, в которой человеческий разум и деятельность, научная мысль становятся определяющим фактором развития, мощной силой, сравнимой по своему воздействию на природу с геологическими процессами. Учение Вернадского о взаимоотношении природы и общества оказало сильное влияние на формирование современного экологического сознания. Развивал традиции русского космизма, опирающегося на идею внутреннего единства человечества и космоса. Вернадский - один из лидеров земского либерального движения и партии кадетов (конституционалистов-демократов). Организатор и директор Радиевого института (1922-1939), Биогеохимическая лаборатория (с 1928; ныне Институт геохимии и аналитической химии РАН им. Вернадского). Государственная премия СССР (1943).

Цель работы – изучить основные элементы учения о биосфере и ноосфере.

Задачи:

• определение понятий «биосфера», «ноосфера»;
• выявление их элементов;
• изучение исследования о биосфере и ноосфере.

Предмет исследования является учение Вернадского о биосфере и ноосфере.

Объект исследования биосфера и  ноосфера.

Методы исследования: теоретический  анализ.

Глава 1. Биосфера. Понятие. Учение.

Биосфера – это сфера жизни. Она является четвертым компонентом географической оболочки. Понятие о биосфере было введено австрийским географом Зюссом в 1875 г. Он перечислил все оболочки планеты и среди них назвал биосферу. Однако содержание этого понятия Зюсс не раскрыл. Учение о биосфере было разработано в 20-х годах ХХ столетия академиком Вернадским. Он дал определение четвертой оболочки Земли и показал ее значение. В 1926 году была опубликована книга Вернадского «Биосфера», в которой были раскрыты его основные идеи по биосфере.

В настоящее время существуют три взгляда на биосферу.

• Биосфера – это совокупность живых организмов в сферическом пространстве планеты.
• Биосферой следует называть не только живые существа, но и среду их обитания. Между тем средой обитания являются: воздух, вода, горные породы и почвы, которые представляют собой самостоятельные природные образования со своими специфическими свойствами и присущим только им вещественным составом. Поэтому отнесение их к биосфере является неправильным, так как эти природные образования – компоненты других сред.
• В биосферу необходимо включать не только среду обитания, но и результат деятельности организмов, живших ранее на Земле. Однако более 30 % пород земной коры имеют органогенное происхождение.

Верхняя граница биосферы проходит и тропосфере и совпадает с озоновым слоем Земли. Нижняя граница ее очень неровная. Биосфера включает в себя всю толщу гидросферы, а также верхнюю часть литосферы, мощностью около 4 км.

Таким образом, общая вертикальная мощность биосферы – 20 км. Как видно, это очень тонкая оболочка планеты, она заселена живыми организмами, которые, по словам Вернадского, представляют собой самую мощную геологическую силу.¹

Биосферу В.И. Вернадский определял также как одну из геологических оболочек Земли, структура и энергетика которой формируется в результате совокупной деятельности живых организмов. Еще одно определение биосферы – это совокупность экосистем. Биосфера простирается на все геосферные оболочки Земли: она занимает всю гидросферу, часть литосферы (до глубин примерно 10 км.) и часть атмосферы (всю тропосферу и часть стратосферы до высот более 30 км. над поверхностью Земли). Ранее уже было сказано, что самыми многочисленными и древними организмами Земли являются бактерии, именно их споры и были обнаружены на больших глубинах и высотах.

Одной из главных идей В.И. Вернадского в учении о биосфере была мысль о взаимосвязи живых организмов с неживой средой обитания. Эта взаимосвязь осуществляется путем круговоротов основных биогенных химических элементов – углерода, водорода, азота и кислорода, реализующихся в пищевых (трофических) цепях.

Растения Земли – это единственные живые организмы, синтезирующие из неорганического материала (углекислый газ и вода) органические вещества (клетчатку и крахмал). Побочным продуктом этой реакции, называемой фотосинтезом, поскольку она осуществляется только на свету, является молекулярный кислород. Растения берут из биосферы все нужные им для жизни химические элементы и не нуждаются в готовых органических соединениях других организмов, т.е. растения Земли – это автотрофы (лат. троф – пища). Кроме того, растения являются продуцентами (производителями) органических веществ, которыми питаются травоядные животные – консументы (потребители) первого уровня. Травоядными питаются хищники – консументы второго уровня.

Важной идеей В.И. Вернадского была мысль о космической роли живого вещества, которая заключается в аккумулировании солнечной энергии и преобразовании ее в энергию химических связей органических веществ. Без солнечной энергии были бы невозможны круговороты биогенных химических элементов и эволюция живых организмов

Главными принципами существования  биосферы, по Вернадскому, являются ее целостность и гармония. Физические пределы существования жизни довольно малы и определяются мировыми физическими константами, которые в свою очередь задают узкие интервалы температур и давлений, пригодных для существования живых организмов. К этому добавляется еще и антропный принцип: все мировые физические константы удивительным образом «подогнаны» к существованию жизни. Будь они чуть-чуть выше или ниже, жизнь во Вселенной вообще была бы невозможна.

В буквальном смысле термин «биосфера» означает «сферу жизни» и в таком смысле он был впервые введен австрийским ученым Эдуардом Зюссом (1831-1914) в конце ХIХ века. Первоначально под этим названием подразумевалась только совокупность всех живых организмов, обитающих на Земле. Но постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых систем на окружающую их среду все настойчивее проникала в сознание ученых.

Стройное, целостное учение о биосфере было дано выдающимся русским ученым, основоположником геохимии, учеником В.В. Докучаева Владимиром Ивановичем Вернадским (1863-1945). Центральным понятием в этом учении является понятие о живом веществе, которое определяется как совокупность всех живых организмов Земли. Тогда биосферу можно определить как сферу единства живого и неживого, т.е. как живое вещество Земли вместе со средой обитания, с «косным веществом», как называл эту среду В.И. Вернадский. Такое толкование определило и его взгляд на проблему происхождения жизни на Земле. Будучи космистом, Вернадский считал, что жизнь зародилась вместе с планетой, поскольку нет убедительных доказательств того, что Земля когда – либо была безжизненной. Иными словами, биосфера существовала на Земле всегда.

Биосферу В.И. Вернадский определял также как одну из геологических оболочек Земли, структура и энергетика которой формируется в результате совокупной деятельности живых организмов. Еще одно определение биосферы – это совокупность экосистем Земли. Биосфера простирается на все геосферные оболочки Земли: она занимает всю гидросферу, часть литосферы (до глубин примерно 10 км.) и часть атмосферы (всю тропосферу и часть стратосферы до высот более 30 км. над поверхностью Земли). Ранее уже было сказано, что самыми многочисленными и древними организмами Земли являются бактерии, именно их споры и были обнаружены на больших глубинах и высотах.

Уже отмечалось, что эволюция шла не только путем уничтожения нежизнеспособных видов, но и путем сохранения старых, наиболее приспособляемых к изменяющимся условиям существования. Так постепенно складывалось нынешнее многообразие живых организмов – основа устойчивости биосферы. Сейчас на Земле обитает около 1 млн. видов животных и более 260 тыс. видов растений, причем более 75% видов животных – это членистоногие (в основном насекомые). Таким образом, по разнообразию видов животные почти в 4 раза обгоняют растения. Однако биомасса растений суши составляет 97%, а животных и микроорганизмов – всего 3% всей биомассы планеты. Известно, что Мировой океан занимает около 75% поверхности Земли, однако биомасса живых организмов суши примерно в 1000 раз превышает биомассу обитателей Мирового океана, которые живут в основном в поверхностном слое воды толщиной 100 м. Вместе с тем, биологическая продуктивность суши и океана примерно одинакова, что объясняется быстрым обновлением живых организмов в океане по сравнению с сушей.

Одной из главных идей В.И. Вернадского в учении о биосфере была мысль о взаимосвязи живых организмов с неживой средой обитания. Эта взаимосвязь осуществляется путем круговоротов основных биогенных химических элементов – углерода, водорода, азота и кислорода, реализующихся в пищевых (трофических) цепях. Схема пищевой цепи показана на рис. 30.

Растения Земли – это единственные живые организмы, синтезирующие из неорганического материала (углекислый газ и вода) органические вещества (клетчатку и крахмал). Побочным продуктом этой реакции, называемой фотосинтезом, поскольку она осуществляется только на свету, является молекулярный кислород. Растения берут из биосферы все нужные им для жизни химические элементы и не нуждаются в готовых органических соединениях других организмов, т.е. растения Земли – это автотрофы (лат. троф – пища). Кроме того, растения являются продуцентами (производителями) органических веществ, которыми питаются травоядные животные – консументы (потребители) первого уровня. Травоядными питаются хищники – консументы второго уровня.

Далее следуют падальщики – в природе все утилизируется, она не допускает никаких отходов. Когда живые организмы умирают, в дело вступают грибы и бактерии – редуценты, разлагающие органические вещества до атомов биогенных химических элементов, из которых формируется гумус (перегной), идущий на питание растений. Таким образом, круг замыкается. Именно в круговоротах биогенных химических элементов заключается геологическая роль живого вещества планеты.

Говорилось о том, что большинство осадочных пород имеют биогенное происхождение, т.е. живые организмы формируют не только биологический, но и геологический лик планеты. Консументы всех уровней и редуценты – это гетеротрофы, поскольку для питания используют тела других живых организмов.

Важной идеей В.И. Вернадского была мысль о космической ролиживого вещества, которая заключается в аккумулировании солнечной энергии и преобразовании ее в энергию химических связей органических веществ. Без солнечной энергии были бы невозможны круговороты биогенных химических элементов и эволюция живых организмов.

Главными принципами существования  биосферы, по Вернадскому, являются ее целостность и гармония. Физические пределы существования жизни довольно малы и определяются мировыми физическими константами, которые в свою очередь задают узкие интервалы температур и давлений, пригодных для существования живых организмов (например, предельный тепловой интервал – от минус 252 до плюс 180 градусов по Цельсию). К этому добавляется еще и антропный принцип: все мировые физические константы удивительным образом «подогнаны» к существованию жизни. Будь они чуть-чуть выше или ниже, жизнь во Вселенной вообще была бы невозможна.

Вернадскому принадлежат идеи «всюдности»  и «растекаемости» жизни: биосфера как уже было сказано выше, захватила  все геосферные земные оболочки, живое вещество, подобно жидкости, растекается по планете, и чем мельче организмы, тем быстрее скорость их размножения.

Основными функциями биосферы, согласно современным воззрениям, являются:

1)энергетическая – солнечная энергия, запасенная в живых и захороненных живых организмах, обеспечивает круговороты биогенных химических элементов;

2)концентрационная – в живых организмах осуществляется максимально возможная концентрация органических веществ;

3)деструктивная – в трофических цепях идет разложение органических соединений до атомов биогенных химических элементов, образующих гумус, что обеспечивает питание растений и круговороты элементов;

4)средообразующая – живые организмы, наряду с неживой природой, создают среду обитания другим живым организмам;

5)транспортная – биосфера обуславливает круговорот биогенных химических элементов, т.е. их транспортировку по всей планете.