Учение Вернадского о биосфере. Структура биосферы. Живое вещество как функция биосферы

Министерство образования  Российской Федерации

Государственное образовательное  учреждение

ВПО «Уральский государственный технический  университет-УПИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ ПО ТЕМЕ

«Учение Вернадского о  биосфере. Структура биосферы. Живое  вещество как функция биосферы.»

 

 

 

Преподаватель: Колясникова Н. Н.

      Студент:  Канашов А. В.

Группа: Р-27051

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2009

I Введение

Сегодня наиболее общепризнанной, особенно в  отечественной науке, является та система  взглядов на биосферу, которую создал В.И. Вернадский, и которая широко вошла в историю науки как  “учение о биосфере Вернадского.

Однако  прежде, чем рассматривать концепцию  Вернадского, необходимо узнать историю  самого понятия и термина “биосфера”.

Сам В.И. Вернадский ссылается на Ж.-Б. Ламарка, заметив, что “он дал нам представление  о роли биосферы в истории нашей  планеты”. Однако Ламарк не пользовался  термином “биосфера” и в своем  труде “Гидрология” (1802 г..) говорил лишь о том, что “все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов”.

Эту идею разделяли многие ученые XVIII–XIX вв. Например, немецкий естествоиспытатель А. Гумбольд в своих “Картинках природы” (1826 г.) ввел понятие “жизненная среда”, под которой понимал специфическую оболочку Земли, где в единую целостную систему объединены атмосферные, морские и континентальные процессы, а также весь органический мир. Позднее, в 1869 г. немецкий агроном Ф. Ратцель назвал поверхность Земли “пространством жизни”, а французский географ Э. Реклю в труде “Земля” дал красочное описание роли мира живых организмов и преобразованиях лика Земли.

Таким образом, начиная с Ламарка, в  науке появилось представление  о существовании на нашей планете  некоего пространства, охваченного  жизнью, и ею же создаваемого. А из всех терминов, предложенных для обозначения  этого пространства, укоренился один – “биосфера”, автором которого был австрийский геолог и палентолог Э. Зюсс (1875 г.). Он, однако, сразу не дал полной расшифровки этого термина, ограничившись описанием биосферы как особого слоя, находящегося “между верхними слоями атмосферы и литосферы и неограниченного литосферой”. Лишь позднее в книге “Лик Земли” (1909 г.) Зюсс описал биосферу как “совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени, и обитающую на поверхности Земли”.

Однако  в этом случае Зюсс ничего не сказал о геологической роли биосферы и  ее зависимости от планетарных факторов Земли. Впервые идею о геологических  функциях “живого вещества”, представленного  совокупность всего органического  мира в виде “единого нераздельного  целого”, высказал В.И. Вернадский в 1919 г. в “Записке о необходимости  организации химического изучения организмов” (Киев, 1919 г.). Большое влияние  на становление Вернадского оказал его учитель – почвовед и агроном  В.В. Докучаев (1880-е гг.), активно пропагандировавший идею о необходимости создания целостного учения о взаимозависимых изменениях органического мира, рельефа, вод, почв, осадочных пород и климата.

II Основная часть

1. Характеристика главных типов веществ биосферы

 

В. И. Вернадский называл биосферой оболочку Земли, в пределах которой сосредоточено  все живое вещество планеты. В  этом смысле он различал газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера) оболочки земного шара как составляющие биосферы, области распространения  жизни.

Атмосфера.

Газовая оболочка состоит в основном из азота и  кислорода. В небольших количествах  в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы  оказывает большое влияние на физические, химические и биологические  процессы на поверхности Земли и  в водной среде. Для биологических  процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания  и минерализации мертвого органического  вещества, диоксид углерода, участвующий  в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового  излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера.

Вода - важнейший  компонент биосферы и один из необходимых  факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в  Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км3. Поверхностные  воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а количество воды в живых  организмах составляет всего 0,001 млн. км3. Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значение имеют  газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры  и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося в  воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи  с развитием литосферы, которая  в течение геологической истории  Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера.

Основная  масса организмов, обитающих в  пределах литосферы, находится в  почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва  включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности  организмов.

Огромная  средообразующая роль живых организмов позволила ученым выдвинуть гипотезу о том, что атмосферный воздух и почва созданы самими живыми организмами за сотни миллионов лет эволюции. Согласно Писанию, и почва, и воздух уже присутствовали на Земле в день сотворения первых живых существ.

Академик  Вернадский на основе сходства строения геологических пород, лежащих глубже кембрийских, с более поздними предположил, что жизнь в виде простых организмов присутствовала на планете "практически  изначально". Ошибочность этих научных построений стала впоследствии очевидна геологам.

Несомненной заслугой В. И. Вернадского является твердая убежденность в том, что  жизнь появляется только от живых  организмов, но ученый, отвергая библейское учение о сотворении мира, полагал, что "жизнь вечна, как вечен  космос", и попала на Землю с  других планет. Фантастическая идея Вернадского  не подтвердилась. Гипотеза эволюционного  происхождения организмов планеты  от простейших форм сегодня еще более  противоречива, чем во времена Вернадского.

Энергетической  основой существования жизни  на Земле является Солнце, поэтому  биосферу можно определить как пронизанную  жизнью оболочку Земли, состав и структура  которой формируется совместной деятельностью живых организмов и определяется постоянным притоком солнечной энергии.

Вернадский  указывал на главное отличие биосферы от других оболочек планеты — проявление в ней геологической деятельности живых существ. По словам ученого, "все  бытие земной коры, по крайней мере, по весу массы ее вещества, в своих  существенных, с геохимической точки  зрения, чертах обусловлено жизнью". Живые организмы Вернадский рассматривал как систему преобразования энергии  солнечного света в энергию геохимических  процессов.

По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает в  себя:

• Живое вещество – совокупность всех живых организмов на планете (растений, животных, микроорганизмов);
• Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (битумы, известняки, нефть и др.);
• Косное вещество (твердое, жидкое, газообразное) – вещество неорганического происхождения (в его образовании живое вещество не учавствует);
• Биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (вода, почва);
• Радиоактивное вещество
• Рассеянные атомы, непрерывно образующиеся из различных видов вещества под влиянием космического излучения;
• Вещество космического происхождения (космическая пыль, обломки метеоритов).

2. Живое вещество биосферы

Живое вещество или биомасса — совокупность всех живых организмов на Земле, способность  живого вещества к воспроизводству  и распространению на планете, борьбу организмов за пищу, воду, территорию, воздух.

Живое вещество связано с косным веществом –  атмосферой (до уровня озонового экрана), полностью с гидросферой и  литосферой, главным образом в  границах почвы, но не только.

Живое вещество биосферы неоднородно и обладает тремя типами трофических взаимодействий: автотрофностью, гетеротрофностью, миксотрофностью.

Трофические экологические взаимодействия способствуют преобразованию неорганического (косного) вещества в органическое и обратной перестройке органиче6ских веществ в минеральные. Представители каждого царства, типа и класса выполняют свои функции в экологических взаимодействиях на уровне биосферы.

Живое вещество характеризуется определенными  свойствами: это огромная свободная  энергия; химические реакции, протекающие  в тысячи и даже миллионы раз быстрее, чем в других веществах планеты; специфические химические соединения — белки, ферменты и другие соединения, устойчивые в составе живого; возможность  произвольного движения — рост или  активное перемещение; стремление заполнить  все окружающее пространство; удивительное разнообразие форм, размеров, химических вариантов и т.п., значительно  превышающее многие контрасты в  неживом, косном веществе.

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

 Вместе  с тем, все живое вещество  физико-химически едино. И в этом состоит один из основных законов всего органического мира — закон физико-химического единства живого вещества.

Закон физико-химического  единства живого вещества имеет принципиально  важное значение для человеческой практики. Из него следует, что нет такого физического или химического агента, который был бы гибелен для одних организмов и абсолютно безвреден для остальных. Разница лишь количественная: одни организмы более чувствительны, другие менее, одни в ходе отбора приспосабливаются быстрее, другие медленнее. При этом приспособление идет в ходе естественного отбора, то есть за счет гибели тех индивидов, что не смогли адаптироваться к новым условиям.

Второе наиболее важное обобщение для живого вещества планеты состоит в законе константности количества живого вещества: количество живого вещества биосферы в пределах рассматриваемого геологического периода есть константа. Согласно закону биогенной миграции атомов, живое вещество оказывается энергетическим и химическим посредником между Солнцем и поверхностью Земли. Если бы количество живого вещества колебалось, то и энергетика планеты была бы непостоянной. Действительно, такие перемены случались в эволюции жизни на Земле, но они были очень редки. Обычно количество живого вещества планеты было равномерным, как и биохимические круговороты на ней.

Количественное  постоянство характерно и для  числа видов. Однако в эволюции живого одни виды образовывались, другие вымирали. Такой процесс неизбежен из-за изменения условий жизни на планете  и в силу того обстоятельства, что  для нормального функционирования природных систем необходима множественность  видов, особенно в управляющем звене  экосистемы, т.е. среди консументов. Если бы число видов резко колебалось, биосфера потеряла бы свойство надежности. Поэтому во все геологические периоды массового вымирания организмов наблюдалось и бурное видообразование. Правило константности числа видов может быть сформулировано следующим образом: число нарождающихся видов в среднем равно числу вымирающих, и общее видовое разнообразие в биосфере есть константа.

Для изучения живого вещества в экологии применяются  определенные методы и подходы. Одним  из основных является экосистемный подход.

Впервые определение  экосистемы, как совокупности живых  организмов с их местообитанием, было дано Тэнсли в 1935 г. При экосистемном подходе в центре внимания эколога оказываются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы. Его больше интересуют здесь функциональные связи (такие, как цепи питания) живых организмов между собой и с окружающей средой, чем видовой состав сообществ и определение редких видов или колебаний численности. Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов.

2.1 Классификация по типу питания

По способу  питания все обитатели нашей  планеты делятся на две группы: автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные (греч. autos. — сам, trophe — пища) организмы обладают способностью создавать органические вещества из неорганических, которые затем используются гетеротрофными организмами. Использование органических веществ в качестве пищи у гетеротрофных организмов различное. Одни используют в качестве пищи живые растения или их плоды, другие — мертвые остатки растений и животных, третьи — убитых животных и т. д. Каждый организм в природе в конечном счете прямо или косвенно служит источником питания. В то же время сам он существует за счет других или продуктов их жизнедеятельности. Следовательно, в круговороте веществ участвуют следующие три группы организмов:

1. Продуценты (производители) — автотрофные  организмы, создающие органические  вещества из неорганических в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Основным продуцентом в биосфере являются зеленые растения.

Хемосинтез  – преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества в отсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.