Учение В. И. Вернадского о биосфере

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

Кафедра основы агрономии

 

 

 

 

Управляемая самостоятельная  работа студента № 1

«Учение В. И. Вернадского о биосфере»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                     Выполнил: Студент Гавриченко О.Л.

                                       3 курс, 33 эпт группа

                                              Проверил: Дайнеко Т.М.

 

 

Минск 2013

 

Содержание

Введение

1. Биосфера как  арена жизни

2. Основные свойства  биосферы

3. Живое вещество, его средообразующие свойства и функции в биосфере

4. Место человека  в биосфере

Заключение

Список использованной литературы

 

Введение

Биосфера – «область жизни», пространство на поверхности  земного шара, в котором распространены живые существа. Термин был введен в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Он рассматривал биосферу в  чисто топологическом смысле – как  пространство, заполненное жизнью. Термин вошел в обиход, не имея четкого  определения.

Еще раньше, в 1802 г., знаменитый французский ученый Ж.Б.Ламарк, не употребляя термина «биосфера», отметил планетарную роль жизни  в формировании земной коры, как  в настоящее время, так и в  прошлые этапы истории планеты, предвосхитив, таким образом, современный  взгляд на это понятие. На рубеже 19 – 20 вв. идея о глобальном влиянии жизни  на природные явления была обоснована в трудах крупнейшего ученого  почвоведа В.В.Докучаева.

Развернутое учение о биосфере создано и разработано  академиком В.И.Вернадским, опубликовавшим в 1926 г. свой классический труд «Биосфера». Принципиальные положения учения В.И. Вернадского о биосфере органически  сочетают подходы его предшественников. С одной стороны он рассматривает  биосферу как оболочку Земли, в которой  существует жизнь. В этом плане В.И. Вернадский различает газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера) оболочки земного шара как составляющие биосферы, области распространения  жизни. С другой стороны, В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера – не просто пространство, в котором обитают  живые организмы; ее состав определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активности в  настоящем и в прошлом.

Всю совокупность живых  организмов он обозначил термином живое  вещество, противопоставляя его косному  веществу, к которому относил все  геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими. Третья категория  вещества в биосфере, по В.И. Вернадскому, это биокосное вещество. Сюда он причислял комплекс взаимодействующих живого и косного веществ (океанические воды, нефть и т. п.; важнейшее значение как биокосное вещество имеет почва). Наконец, существует биогенное вещество – геологические породы, созданные деятельностью живого вещества (известняки, каменный уголь и т.п.). В.И. Вернадский считал, что земная кора представляет собой остатки былых биосфер.

Фундаментальным отличием живого вещества от косного является охваченность его эволюционным процессом, непрерывно создающим новые формы живых существ. Многообразие форм жизни и их многофункциональность создают основу устойчивого круговорота веществ и канализированных потоков энергии. В этом специфика и залог устойчивости биосферы как уникальной оболочки земного шара.

Таким образом, биосфера, по В.И. Вернадскому, представляет собой  одну из геологических оболочек земного  шара, глобальную систему Земли, в  которой геохимические и энергетические превращения определяются суммарной  активностью всех живых организмов – живого вещества. Человечество входит в эту систему как ее составная  часть. Как живое вещество оно  непрерывно связано с материально–энергетическими  процессами биосферы.

 

1. Биосфера как  арена жизни

Активная деятельность живых организмов охватывает относительно небольшой слой поверхностных оболочек нашей планеты. Его границы определяются комплексом условий, допускающих устойчивое существование сообществ живых  организмов. По В.И. Вернадскому, как  уже отмечено, в состав биосферы входят нижняя часть атмосферы, гидросфера и поверхностные слои литосферы, преимущественно подвергшаяся выветриванию с участием живых организмов ее часть – почва.

Каждая из этих геологических  оболочек планеты имеет свои специфические  свойства, которые определяют не только набор форм живых организмов, обитающих  в данной части биосферы, но и  их основные морфофизиологические особенности, формируя своим влиянием принципиальные пути эволюции и становление фундаментальных  черт жизненных форм наземных, водных и почвенных организмов. Таким  образом, воздушная, водная и почвенная  оболочки земного шара представляют собой не просто пространство, заполненное  жизнью, но выступают как основные среды жизни, активно формирующие  ее состав и биологические свойства.

Гидросфера. В понятие  гидросферы включаются все типы водоемов. Эта среда наиболее однородна  среди других. Она мало изменяется в пространстве, здесь нет четких границ между отдельными экосистемами.

Химизм воды имеет  большое значение и как фактор, обуславливающий осмотические отношения  организма в водной среде. Практически  у всех водных организмов существуют проницаемые для воды участки  поверхности, через которые идет осмотический поток воды. Направленность и сила его зависят от разницы  концентраций солей и других осмотически активных веществ между водной средой и жидкостями организма.

Постоянное наличие  в воде растворенных и взвешенных веществ имеют большое значение как фактор питания; выделение в  воду продуктов обмена не только освобождает  организм от ненужных веществ, но и  широко используется водными животными  как средство химической коммуникации. Таким образом, в понятие воды как среды жизни включается обязательное наличие растворенных и взвешенных в ней веществ, в том числе  имеющих органогенное происхождение.

Жизнь распространена в гидросфере по всей ее толще. Однако существуют области ее повышенной концентрации – на границах раздела разных сред: воды, воздуха и горных пород. Поверхностная  и донная границы являются, по выражению  В.И. Вернадского, «пленками жизни». В верхнем стометровом слое океанов  сосредоточено 95% всего планктона. Наиболее полно развита жизнь и наиболее активны биогеохимические процессы в местах контакта всех трех сред: воды, воздуха и твердого субстрата. Здесь  в оптимуме находятся все факторы, необходимые для жизни. На побережьях морей развиваются богатые и  разнообразные сообщества, названные  В.И. Вернадским «сгущениями жизни». Для обеспечения экологического равновесия всей биосферы эти пленки и сгущения жизни в океане играют ключевую роль. Живое вещество океана вносит свой вклад не только в продуцирование биомассы, но и в поддержание газового состава атмосферы, регулирования  химического состава океанических вод, процессов образования осадочных  горных пород, формирование берегов  и подводного рельефа. Живое вещество откачивает углекислый газ из атмосферы  и захоранивает его в осадочных породах типа известняков и доломитов, а также в толще морской воды благодаря образованию биомассы живого вещества и растворенной органики.

В соответствии со структурным  делением водоемов на бенталь (область дна) и пелагиль (толща воды) все организмы подразделяются на виды, связанные сдном – бентос, и формы, обитающие в пелагили – пелагос.

Эти виды содержат пассивно парящие в толще воды формы  – планктон – и активно плавающих  животных нектон. Особую группу составляют пелагические виды, обитающие на границе  водной и воздушной сред.

Атмосфера. Атмосфера  Земли по химическому составу  относится к азотно–кислородному типу. Своеобразие состава выражается в ничтожном содержании инертных газов (кроме аргона) и молекулярного водорода. Состав атмосферы сильно отличается от вулканических газов, за счет которых она возникла в далеком прошлом. Это свидетельствует о том, что в течение геологической истории Земли происходили мощные процессы, изменившие состав ее газовой оболочки. Эти процессы связывают с активностью живого населения биосферы.

На высоте 10 -100 км располагается озоновый слой. Озоновый экран имеет громадное значение для сохранения жизни на Земле: в  слое озона поглощается большая  часть идущего от Солнца ультрафиолетового  излучения, причем в его коротковолновой  части, наиболее губительной для  живых организмов.

Воздух как среда  жизни обладает определенными особенностями, направляющими общие пути эволюции обитателей этой среды. Так, высокое  содержание кислорода определяет возможность  формирования высокого уровня энергетического  метаболизма. Не случайно именно в этой среде возникли теплокровные животные, отличающиеся высоким уровнем энергетики организма, большой степенью автономности от внешних воздействий и высокой  биологической активностью в  экосистемах.

Одной из важнейших  особенностей атмосферы как арены  жизни является низкая плотность  воздуха. Низкая плотность воздушной  среды закрывает возможность  существования организмов, полностью  осуществляющих свои функции вне  связи с субстратом. Благодаря  этому жизнь в воздушной среде  сосредоточена вблизи поверхности  земли, проникая в толщу атмосферы  на высоту не более 50 – 70 м.

Будучи сосредоточена  в относительно тонком слое над поверхностью Земли, жизнь в атмосфере не отличается вертикальной структурированностью потоков  вещества и энергии, формирующих  биологический круговорот.

Циклы биогенного круговорота  в своей основе определяются условиями  ландшафтно-климатических зон, хотя в целом круговорот веществ является единым процессом. В его основе в  наземной среде ярко выражена ведущая  роль зеленых растений. Фотосинтез процесс, в котором, с одной стороны, создается органическое вещество (главным  образом, углеводы) из неорганических составляющих, а с другой стороны  открывается возможность использования  выделяемого кислорода для дыхания, как самих растений, так и гетеротрофных  аэробных организмов. На этом основывается сама возможность биологического круговорота  веществ.

Литосфера – это  «каменная оболочка» Земли (по В.И. Вернадскому), верхняя часть земной коры. Рассматривая литосферу как  часть биосферы, в первую очередь  имеется в виду ее поверхностная  часть, измельченная в процессе физического, химического и биологического выветривания и содержащая помимо минерального также и органическое вещество. Эта часть литосферы представляет собой сложное биокосное тело, обладающее особыми свойствами и функциями и называемое почвой.

Почва представляет собой довольно сложную полидисперсную систему, включающую три фазы: твердую (минеральные частицы), жидкую (почвенная  влага) и газообразную. Почва - наиболее насыщенная живыми организмами часть  биосферы (почвенная пленка жизни). Поэтому в ней выделяют иногда четвертую фазу – живую.

Органическое вещество является обязательным компонентом  почвы. Оно образуется в результате разложения мертвых организмов. Часть  органического вещества формируется  в самой почве, значительная часть  его попадает в почву из наземных экосистем. Состав органических веществ многообразен и включает компоненты, образующиеся на разных стадиях разложения сложных углеводов, белков, жиров и других веществ.

Как среда жизни  почва занимает как бы промежуточное  положение между атмосферой и  гидросферой: оно обладает структурированностью, здесь возможно обитание организмов, дышащих как по водному, так и  по воздушному типу.

2. Основные свойства  биосферы

Биосфере, как и  составляющим ее другим экосистемам, более  низкого ранга, присуща система  свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и  другие параметры.

Важнейшей чертой биосферы является ее постоянный материально-энергетический обмен с космосом и существование  исключительно в ее пределах живого вещества. Последнее обстоятельство имеет особое, огромное по своей  важности значение. Благодаря живому веществу структура биосферы представляет собой подвижное динамическое равновесие – «организованность».

Биогеохимические  функции биосферы многообразны, но это многообразие имеет единую сущность: в своем глобальном космическом  проявлении «сфера жизни» выступает  как гигантский аккумулятор и  уникальный трансформатор лучистой энергии Солнца. Благодаря биосфере – приемнику космического излучения  на всей нашей планете осуществляется активная связь Земли с космосом. Если бы на Земле не было жизни, не было биосферы, работа солнечного луча сводилась  бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твердых тел по поверхности  планеты и временному их нагреванию. Солнечная энергия не совершила  бы на Земле созидательной деятельности, т.к. она не могла бы не удержаться на ней, не преобразоваться в необходимую  для этого форму. 

Благодаря геохимической  работе живого вещества и прежде всего  зеленых хлорофилловых растений, осуществляющих процесс фотосинтеза, соединения атомов в биосфере отличаются особой сложностью строения и большими запасами заключенной в них энергии. Явление фотосинтеза было открыто  задолго до В.И. Вернадского. Однако исследователи фотосинтеза обращали, прежде всего, внимание лишь на собственно-биологическую  сторону процесса, на самоподдержание жизни путем улавливания излучений. Вернадский же показал, что роль фотосинтеза еще более велика: благодаря ему меняется весь облик Земли. Преобразуя космическую (главным образом солнечную) энергию в свободную земную (химическую, механическую, тепловую, электрическую и пр.), живое вещество постоянно нарушает то относительное химическое спокойствие, которое присуще поверхности планеты самой по себе.

Улавливание солнечного излучения осуществляется только растительным миром. Но в удержании и в преобразовании энергии Солнца принимает участие  все живое вещество планеты. Количество солнечной энергии, аккумулируемой живым веществом, колоссально. По расчетам Вернадского, на Земле ежегодно аккумулируется растениями около 1019 больших калорий  энергии.

Поглощая постоянно  из окружающей среды высококачественную энергию (зеленые растения – непосредственно  в форме квантов солнечного света, другие организмы – в форме  приготовленного растениями органического  материала), живые существа накапливают  ее, в результате чего количество энергии  в биосфере повышается. Живое вещество постоянно извлекает из космоса  отрицательную энтропию. Энтропия окружающей среды понижается, и организованность ее возрастает, и это возрастание  идет неуклонно с ходом геологического времени.