Контрольная работа по "Экологии"

1.Основные положения теории  В.И. Вернадского о биосфере.

В учении о биосфере определению  ее структуры первоначально не было уделено достаточного внимания. В.И. Вернадский ограничился лишь довольно беглым обзором геологических оболочек и геосфер Земли. В дальнейшем основные усилия были направлены на исследование отдельно суши и океана, а также биосферы как целого с ее геохимией, круговоротами веществ и потоком энергии, порождающим эти круговороты, с одной стороны, и на изучение элементарных экосистем – биогеоценозов с их энергетико-вещественными свойствами, с другой. Если провести аналогию с организмом, то в поле зрения попали прежде всего индивид как целое, самые крупные его блоки и отдельные клетки, а составленные ими ткани, органы и системы органов – вся внутренняя иерархия систем – оказались вне поля пристального внимания ученых.

Под биосферой Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в  которой все процессы протекают  под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке  литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы  жизни определяются озоновым экраном  – тонким (в несколько миллиметров) слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью целиком, до дна самых глубоких впадин в 10–11 км. В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях). Занимаясь созданной им биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, В.И. Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Он сформулировал три биогеохимических принципа:

1. Биогенная миграция  химических элементов в биосфере  всегда стремится к максимальному  своему проявлению. Этот принцип  в наши дни нарушен человеком.

2 Эволюция видов в ходе  геологического времени, приводящая  к созданию устойчивых в биосфере  форм жизни, идет в направлении,  усиливающем биогенную миграцию  атомов. Этот принцип при антропогенном  измельчании средних размеров  особей биоты Земли (лес сменяется лугом, крупные животные мелкими) начинает действовать аномально интенсивно.

3. Живое вещество находится  в непрерывном химическом обмене  с окружающей его средой, создающейся  и поддерживающейся на Земле  космической энергией Солнца. Вследствие  нарушения двух первых принципов космические воздействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.

Данные геохимические  принципы соотносятся со следующими важными выводами Вернадского:

• каждый организм может  существовать только при условии  постоянной тесной связи с другими  организмами и неживой природой;

• жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете. Совершенствуясь  в процессе эволюции, живые организмы  все шире распространялись по планете, стимулируя перераспределение энергии  и вещества.

Основная задача в изучении эволюции биосферы, по мнению Вернадского, заключалась в установлении связи  «эволюции видов с механизмом биосферы, с ходом биогеохимических процессов».

Существование подобной связи  не вызывало у него сомнений, так  как «основные числа, характеризующие  эти процессы, являются видовыми признаками, меняющимися в процессе эволюции». К числу этих признаков он относил  общую биомассу вида, его химический состав и геохимическую энергию. Позднее, конкретизируя эти мысли, Вернадский характеризовал эволюцию химической и энергетической структур биосферы как интегральный результат преобразований, происходящих на видовом уровне организации  жизни. Факторы и движущие силы видообразования, по-видимому, и представляют собой  ведущие источники преобразования всей биосферы. Поэтому необходимо исследовать, как «эволюция видов  переходит в эволюцию биосферы». В связи с этим при постановке проблемы эволюции биосферы Вернадский использовал основные результаты исследований эволюции органического мира, в том  числе и дарвинистские представления  о причинах видообразования. Он считал необходимым учитывать и детерминирующее  влияние структуры биосферы на эволюцию каждого вида. Изучение влияния структуры  биосферы на эволюцию видов, по мнению Вернадского, представляет определенный интерес и для эволюционной теории, так как позволяет объяснить  некоторые закономерности биологической  эволюции действием «целой совокупности физических законов и механизмов функционирования биосферы». Таким  образом, Вернадский впервые выдвинул задачу синтеза основных положений  эволюционной теории с созданным  им учением о биосфере. С одной  стороны, для познания механизмов эволюции биосферы следует опираться на данные эволюционной теории о субстрате эволюции органического мира и ее движущих силах. С другой стороны, изучение структуры биосферы должно способствовать углублению знаний о закономерностях органической эволюции. Эти положения являются ключевыми для понимания взглядов Вернадского на сложные взаимодействия эволюционных преобразований, происходящих на разных уровнях организации жизни.

Биосфера Вернадского  неразрывно связана с его концепцией пространства-времени, т.е. она трехмерна  и геоисторична. Сведение её к современной жизнедеятельной плёнке планеты не просто обедняет понятие биосферы, а лишает её самой основы – бесконечной длительности эволюции, сложности неравномерного исторического развития, его непрерывности, направленности и необратимости. Нынешний срез биосферы, какой бы сложной и экологически дробной она нам ни представлялась, в своём вхождении в ландшафты Земли, в литосферу, в гидросферу (вплоть до человека в космосе) только вершина древа – гигантского пути, идущего из геологического прошлого, без знания которого вся ослепительная красота современной мозаики жизни безродна и слепа.

Биосфера, как считает  В.И. Вернадский, сразу возникла как система, состоящая из примитивнейших безъядерных (прокариотических) организмов – прокариот. Однако одни из них питались готовыми органическими веществами – это были гетеротрофные бактерии. Другие же могли использовать энергию химических связей для созидания органического вещества. Такие организмы названы хемотрофами. Вместе они и создали систему пищевой (трофической) зависимости или биологический круговорот. Время возникновения круговорота, а, следовательно, жизни все дальше отодвигается вглубь веков. Ранее считалось, что архей – древнейшая эра жизни (2,8 млрд. лет назад), сейчас же говорим о катархейской эре (уже 3,8 млрд лет назад). Для В.И. Вернадского же жизнь на Земле – геологически вечное явление.

Верхняя граница биосферы, по Вернадскому (1965), проходит на высоте 15–20 км, охватывая всю тропосферу и нижнюю часть стратосферы: озон находится у полюсов в слое 8–30 км, в тропиках 15–35 км. Снизу Биосфера ограниченна отложениями на дне океанов (до глубины свыше 10 км) и глубиной проникновения в недра Земли организмов и воды в жидком состоянии. Подстилающая литосфера, верхняя стратосфера, ионосфера и космическое пространство служат биосфере средой. Основной энергетический источник, обеспечивающий функционирование биосферы, – энергия Солнца. Таким образом, биосфера – это особая термодинамическая открытая оболочка Земли, вещество, энергетика и организация которой и обуславливаются взаимодействием её биотического и абиотического компонентов. Она, следовательно, включает совокупность организмов и их остатки, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, населённые организмами и изменяемые их деятельностью.

В науке принято говорить о структуре биосферы:

– Атмосфера. Это воздушная  оболочка, состоящая из азота и  кислорода, углекислого газа и озона. Состояние атмосферы оказывает  большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде.

– Гидросфера. Вода важная составная  часть всех компонентов биосферы и один из необходимых факторов существования  живых организмов.

– Литосфера. Основная масса  организмов, обитающих в пределах литосферы, сосредоточена в почвенном  слое, глубина которого обычно не превышает  нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами, образующимися  при разрушении горных пород, и органическими  веществами – продуктами жизнедеятельности  организмов.

Одно из величайших достижений естествознания XX в. – учение Вернадского о биосфере, области жизни, объединяющей в едином взаимодействии живые организмы (живое вещество) и косное вещество.

Вещество биосферы, по мнению ученого, сложно и имеет несколько  компонентов.

Среди них ученый выделяет следующие:

1) совокупность живых  организмов – живое вещество;

2) вещество, создаваемое  и переработанное живыми организмами,  – биогенное вещество (каменный  уголь, битумы, известняки, нефть  и др.);

3) косное вещество, образуемое  процессами, в которых живое вещество  не участвует (твердое, жидкое, газообразное и др.);

4) биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамическое равновесие системы тех и других (почти вся вода биосферы, нефть, почвы, кора выветривания и др.). Организмы в них играют ведущую роль;

5) вещество, находящееся  в процессе радиоактивного распада;

6) рассеянные атомы, которые  непрерывно создаются из различных  видов земного вещества под  влиянием космических излучений,  потоки которых непрерывно поступают  в околоземное пространство. Их  физический состав требует дальнейших  исследований;

7) вещество космического  происхождения, которое включает  отдельные атомы и молекулы, входящие  в ионосферу из электромагнитного  поля Солнца, проникающие из космических  пространств.

В.И. Вернадский вводит понятие живого вещества, подчеркивая свою позицию натуралиста дающегося на объективные факты науки. И первым таким фактом является живой организм – неотъемлемая часть земной коры и агент, ее изменяющий.

Вторым таким же объективным  фактом является резкое различие живого и неживого, отсутствие переходов  между ними. Вот эта противопоставленность живого и косного веществ и в то же время их органическое взаимодействие в планетарном круговороте и образуют исходное противоречие, которое Вернадский считает необходимым разрешить.

Живое вещество – это  совокупность организмов, участвующих  в геохимических процессах и  соответственно различающихся массой, химическим составом и энергией. В  таком случае оно может изучаться  научными методами естествознания. Однако В.И. Вернадский создал на базе такого узкоспециального изучения живого уникальное учение о биосфере. И он отдавал себе отчет в новизне и значимости своих результатов.

Под косным веществом В.И. Вернадский понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твердые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.

Раскрывая смысл понятий  живого и косного вещества, Вернадский формулирует две аксиомы: 1) Организмы берут все химические элементы, строящие их тела, из окружающей среды и возвращают их после смерти или при жизни в ту же среду. 2) Без небесных светил, в частности без Солнца, жизнь на Земле не может существовать.

Вернадский конкретизирует взаимодействие жизни и косного  вещества, состоящее в непрерывном  круговороте химических элементов. Этот биогенный ток атомов вызывается живым веществом и выражается в никогда не прекращающемся дыхании, питании, размножении.

Живые существа задерживают  часть солнечной энергии, достигающей  поверхности планеты. Земные растения как бы впитывают солнечные лучи, переводя в процессе фотосинтеза  лучистую энергию в энергию синтеза  сложных органических соединений. Для  Вернадского живые организмы  предстали в новом свете –  как особая геохимическая сила.

Центральным в концепции  является понятие о живом веществе, которое В.И. Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И. Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество. Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше, и без помощи человека они либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого. По мнению В.И. Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности: открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул как отличительной особенности живых тел; вкладу живых организмов в энергетику биосферы и их влиянию на неживые тела.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом  биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и  развиваться только в рамках целостной  системы биосферы. Не случайно поэтому  В.И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается  в следующем:

– изменения и процессы в живом веществе происходят значительно  быстрее, чем в косных телах. Поэтому  для характеристики изменений в  живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени;

– в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает  В.И. Вернадский, проявляется прежде всего «в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно»;