Шпаргалка по "естествознанию"

 

В трещинах и углублениях  земной поверхности стала конденсироваться вода, сначала в виде небольших  лужиц, постепенно сливавшихся в  более крупные водоемы. Со временем образовался первичный океан. Под  действием холода и жары, ветра  и воды начали разрушаться скалы  и отлагаться первые осадочные породы. Примерно 4 млрд лет назад над  пустынной Землей, покрывшейся водами, нависли тяжелые густые облака, почти  не пропускавшие солнечных лучей. Земную поверхность сотрясали титанические бури и ураганы на фоне нестихающего вулка+низ-ма. Геологическая эра Земли от ее образования до зарождения жизни называется катархей. Жизни еще не было, но, как считают многие ученые, уже имелись все предпосылки для ее появления.

 

Существуют два подхода  к проблеме самоорганизации предбиологических  систем: субстратный и функциональный. К субстратному относят теории происхождения  жизни, отправным пунктом которых  являются определенный состав элементов  органогенов и не менее определенная структура входящих в живой организм химических соединений. Известно более  ста химических элементов, однако основу живых систем составляют только шесть, названные органогенами: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общая  весовая доля в организмах – 97,4 %. Далее следуют 12 элементов, участвующих  в физиологически важных компонентах  биосистем: натрий, калий, кальций, магний, железо, кремний, алюминий, хлор, медь, цинк, кобальт (весовая доля в организмах – 1,6 %). Еще 20 участвуют в работе отдельных  биосистем, участие остальных элементов  в построении биосистем практически  не зафиксировано. На Земле наиболее распространены кислород, кремний, алюминий, железо, магний, кальций, натрий, калий, никель, а углерод занимает лишь 16-ое место. Из органогенов наиболее распространены лишь кислород и водород. Следовательно, геохимия не играет существенной роли в отборе химических элементов  при формировании органических систем, а тем более биосистем.

 

65. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ  ЛИТОСФЕРЫ: РЕСУРСНАЯ, ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ,  ГЕОФИЗИКО-ГЕОХИМИЧЕСКАЯ 

 

Люди еще в древности  научились применять для своих  нужд некоторые из ресурсов литосферы  и других оболочек Земли, что нашло  свое отражение в названиях исторических периодов развития человечества: «каменный  век», «бронзовый век», «железный век». В наши дни используется более 200 различных видов ресурсов. Все  природные ресурсы четко следует  отграничивать от природных условий.

 

Природные ресурсы – это  тела и силы природы, которые на данном уровне развития производительных сил  и изученности могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого  общества в форме непосредственного  участия в материальной деятельности.

 

 

Под полезными ископаемыми  понимаются минеральные образования  земной коры, которые могут эффективно использоваться в хозяйственной  деятельности человека. Распространение  полезных ископаемых в земной коре подчиняется геологическим закономерностям. К ресурсам литосферы относятся  топливные, рудные и нерудные полезные ископаемые, а также энергия внутреннего  тепла Земли. Таким образом, литосфера  выполняет одну из важнейших для  человечества функций – ресурсную  – снабжение человека почти всеми  видами известных ресурсов.

 

Кроме ресурсной функции, литосфера выполняет и еще  одну важную функцию – геодинамическую. На Земле непрерывно проходят геологические  процессы. В основе всех геологических  процессов лежат разные источники  энергии. Источником внутренних процессов  является тепло, образующееся при радиоактивном  распаде и гравитационной дифференциации веществ внутри Земли.

 

С внутренними процессами связаны различные тектонические  движения земной коры, создающие основные формы рельефа – горы и равнины, магматизм, землетрясения. Тектонические движения проявляются в медленных вертикальных колебаниях земной коры, в образовании складок горных пород и тектонических разломов. Постоянно происходит изменение внешнего облика земной поверхности под воздействием литосферных и внутриземных процессов. Мы воочию можем находятся лишь немногие из таких процессов. К ним, в частности, относятся такие грозные явления, как землетрясения и вулканизм, вызванные сейсмической активностью внутриземных процессов.

 

В разнообразии химического  состава и физико-химических свойств  земной коры и заключается следующая  функция литосферы – геофизико-геохими-ческая. По геологическим и геохимическим данным до глубины 16 км подсчитан усредненный химический состав пород земной коры: кислород – 47 %, кремний -27,5 %, алюминий – 8,6 %, железо – 5 %, кальций, натрий, магний и калий – 10,5 %, на все остальные элементы приходится около 1,5 %, в том числе на титан – 0,6 %, углерод – 0,1 %, медь -0,01 %, свинец – 0,0016 %, золото – 0,0000005 %. Очевидно, что первые восемь элементов составляют почти 99 % земной коры. Выполнение литосферой данной, не менее важной, чем предыдущие, функции приводит к наиболее эффективному хозяйственному использованию практически всех слоев литосферы. В частности, наиболее ценным по своему составу и физико-химическим свойствам является верхний тонкий слой земной коры, обладающий естественным плодородием и именуемый почвой.

 

66. ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ОБОЛОЧКА  ЗЕМЛИ 

 

Географическая оболочка – целостная и непрерывная  оболочка Земли, включающая в себя нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть  литосферы, всю гидросферу и всю  биосферу.

 

Между оболочками Земли происходит сложное взаимодействие, непрерывный  обмен веществом и энергией. Границы  географической оболочки выражены нечетко, поэтому ученые определяют их по-разному. Обычно за верхнюю границу принимают  озоновый экран. Нижняя граница географической оболочки на суше чаще всего проводится на глубине не более 1000 м. В океане нижней границей географической оболочки служит его дно. Таким образом, общая  мощность географической оболочки составляет около 30 км.

 

Географическая оболочка территориально и по объему совпадает  с биосферой. Одни ученые полагают, что географическая оболочка и биосфера – синонимы. Другие же склонны считать, что биосфера представляет собой  определенную стадию развития географической оболочки. В истории развития географической оболочки выделяют 3 этапа:

 

– добиогенный;

 

– биогенный;

 

– антропогенный.

 

По мнению третьих, географическая оболочка и биосфера не тождественны, поскольку в понятии «биосфера» внимание акцентируется на активной роли живого вещества в развитии этой оболочки.

 

Каждый природный комплекс состоит из взаимосвязанных компонентов  – составных частей. К ним относятся  горные породы, воздух, вода, растения, животные и почвы. Взаимодействие компонентов  и приводит к образованию природных  комплексов. Природные комплексы, образовавшиеся на суше, называют природными территориальными, а в океане или другом водоеме  – природными аквальными.

 

Географическая оболочка обладает целым рядом закономерностей. К важнейшим из них относятся  следующие:

 

– целостность – единство географической оболочки, обусловленное  тесной взаимосвязью слагающих его  компонентов, причем изменение одного компонента неизбежно приводит к  изменению других и географической оболочки в целом. Она является важнейшей  географической закономерностью и  достигается круговоротом вещества и энергии;

 

– ритмичность развития –  повторяемость во времени тех  или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности  – суточные, годовые, внутривековые  и сверхвековые;

 

– горизонтальная зональность  – закономерное изменение природных  компонентов и природных комплексов по направлению от экватора к полюсам. Наиболее крупные зональные подразделения  географической оболочки – географические пояса (выделяют 13 – арктический  и антарктический, субарктический и  субантарктический, 2 умеренных, 2 субтропических, 2 тропических, 2 субэкваториальных, экваториальный), которые протягиваются в широтном направлении и по существу совпадают с климатическими поясами. Внутри поясов по соотношению тепла и влаги выделяют природные зоны;

 

– высотная поясность –  закономерная смена природных компонентов  и природных комплексов с подъемом в горы от их подножия и до вершин. Она обусловлена изменением климата  с высотой.

 

67. СОВРЕМЕННЫЕ КОНЦЕПЦИИ  РАЗВИТИЯ ГЕОСФЕРНЫХ ОБОЛОЧЕК 

 

В последние 30 лет признание  получила концепция тектонических  литосферных плит, согласно которой  в течение всего мезозоя и  кайнозоя материки перемещались по поверхности  планеты. Рассмотрев карту мира как  разрезную картинку, можно заметить, что Южная Америка и Африка, Антарктида, Австралия и Индостан – границы материков – хорошо совмещаются. Это обстоятельство было отмечено давно, но лишь в 1912 г. немецкий метеоролог и геолог Альфред Вегенер (1880–1930) сделал предположение о существовании единого праконтинента, его расколе и последующем движении образовавшихся континентов. Понадобилось более полувека, чтобы эта теория получила признание специалистов.

 

Теория тектонических  литосферных плит существенно изменила представления об эволюции нашей  планеты. Мы стали лучше понимать природу землетрясений и получили возможность улучшить их прогнозирование. Зная линии разломов земной коры, вдоль  которых происходит смещение плит, можно наблюдать за этим смещением. Если оно замедляется или останавливается, это указывает на вероятность  приближения сейсмического толчка или серии таких толчков. Теория литосферных плит сделала более  понятным распределение полезных ископаемых.

 

Гидросфера (водная оболочка) покрывает 71 % поверхности планеты  и включает в себя Мировой океан, моря, озера, реки и подземные воды. Вода – сильнейший, почти универсальный  растворитель: в 1 т океанической воды содержится 35 кг различных солей. Одним  из замечательных ее свойств является то, что ее твердая фаза (лед) имеет  при температуре замерзания плотность  меньшую, чем жидкая вода. Поэтому  замерзание водоемов начинается сверху, где зимой температура атмосферы  понижается, и в глубине сохраняются  условия, благоприятные для жизни. Значительная часть воды содержится в криосфере – льдах Арктики  и Антарктики, занимающей огромные пространства.

 

Атмосфера – газовая оболочка Земли, существенно отличается от атмосфер других планет Солнечной системы. Первоначально  она состояла из водорода, водяных  паров, углекислого газа, метана, аммиака  и небольших количеств гелия  и неона. На Земле углекислота  была удалена химическими реакциями  с горными породами при участии  жидкой воды, а впоследствии и фотосинтезом растений. Современная атмосфера  состоит из азота (около 80 %) и кислорода (около 20 %). Атмосфера подразделяется на несколько уровней – приземную  тропосферу с интенсивным вертикальным и горизонтальным движением воздуха, стратосферу с озоновым слоем, мезосферу, ионосферу и экзосферу. Совокупность движений воздуха тропосферы образует атмосферную циркуляцию. Наблюдается  широтное чередование сезонно смещающихся  зон высокого и низкого давления, и отрывающиеся от них атмосферные  вихри, связанные с областями  низкого и высокого давления, называются циклонами и антициклонами.

 

Сложное взаимодействие трех геосфер – атмосферы, литосферы  и гидросферы (возможно, и при  неких дополнительных внешних воздействиях) привело в глубокой древности  к формированию новой геосферы –  биосферы, сферы жизни. Ее составляющей является и та часть материи, которая  пытается познать строение Земли  и Вселенной и определить свое место в ней, – люди.

 

68. СИНЕРГЕТИКА 

 

В системе научного знания выделяются новые, более сложные  типы объектов познания, характеризующиеся  историзмом, универсальностью, сложностью организации, которые раньше не поддавались  теоретическому (математическому) моделированию. Одно из таких новых направлений  в современном естествознании представлено синергетикой.

 

Классическое и неклассическое естествознание объединяет одна общая  черта: их предмет познания – это  простые (замкнутые, изолированные, обратимые  во времени) системы. В 70-е гг. XX в. начала активно развиваться теория сложных  самоорганизующихся систем. Результаты исследований в области нелинейного (порядка выше второго) математического  моделирования сложных открытых систем привели к рождению нового мощного научного направления в современном естествознании – синергетики. Как и кибернетика, синергетика – это некоторый междисциплинарный подход. Синергетика ориентирована на исследование принципов построения организации, ее возникновения, развития и самоусложнения.

 

Мир нелинейных самоорганизующихся систем гораздо богаче, чем закрытых, линейных систем. Методами синергетики  было осуществлено моделирование многих сложных самоорганизующихся систем. Основной вопрос синергетики – существуют ли общие закономерности, управляющие  возникновением самоорганизующихся систем, их структур и функций.

 

Итак, предметом синергетики  являются сложные самоорганизующиеся системы. Один из основоположников синергетики  Г. Хакен определяет понятие самоорганизующейся системы: «Мы называем систему самоорганизующейся, если она без специфического воздействия извне обретает какую-то пространственную, временную или функциональную структуру. Под специфическим внешним воздействием мы понимаем такое, которое навязывает системе структуру или функционирование. В случае же самоорганизующихся систем испытывается извне неспецифическое воздействие». Таким образом, современное естествознание ищет пути теоретического моделирования самых сложных систем, которые присущи природе, – систем, способных к самоорганизации, саморазвитию. Основные свойства самоорганизующихся систем – открытость, нелинейность, диссипативность.

 

Главная идея синергетики  – это идея о принципиальной возможности  спонтанного возникновения порядка  и организации из беспорядка и  хаоса в результате процесса самоорганизации. Решающим фактором самоорганизации  является образование петли положительной  обратной связи системы и среды. Система начинает самоорганизовываться и противостоит тенденции ее разрушения средой. Становление самоорганизации определяется характером взаимодействия случайных и необходимых факторов системы и ее среды. Самоорганизация переживает и переломные моменты – точки бифуркации. Вблизи точек бифуркации в системах наблюдаются значительные флуктуации, роль случайных факторов резко возрастает.