Специфика биосферы как объекта исследований. Методы исследований биосферы

Министерство Образования  Российской Федерации

Казанский (Приволжский) Федеральный Университет

Факультет географии  и экологии

 

 

 

 

 

 

 

Специфика биосферы как объекта исследований. Методы исследований биосферы. Событийный подход в исследованиях развития биосферы. Геоцентризм, космоцентризм и синтетизм в биосферных исследованиях. Ключевые проблемы в изучении эволюции биосферы.

 

 

 

 

 

Реферат

студентки 3 курса

группы 281

Мельниковой Ирины.

Преподаватель

Никитин О.В.

 

 

 

 

 

Казань – 2011

 

Основы учения о биосфере

Все живые существа тесно связаны как между собой, так и с окружающей средой, образуя экосистемы — сообщества взаимодействующих организмов. Экосистемы не изолированы друг от друга: существа различных биоценозов вступают между собой в определенные взаимоотношения, прежде всего пищевые, экосистемы обмениваются веществом и энергией. В тесной взаимосвязи они образуют единую планетарную экосистему — биосферу. Термин впервые был введен в науку Ж.-Б. Ламарком в 1803 году. А в конце ХIХ в. понятие биосферы использовал знаменитый австрийский геолог Э. Зюсс, включив в него и неживую материю осадочных пород.

Годом рождения учения о  биосфере считается 1926 г., в это время вышла книга В. И. Вернадского "Биосфера". Заслуга академика Bернадского — в обобщении огромного количества научных данных, указывающих на тесную взаимосвязь жизни и неживого вещества планеты. Ученый показал, что Земля не только населена, но также и активно преобразуется живыми организмами.

Труды Вернадского инициировали ряд научных исследований и появление новых направлений — учения о биосфере и ноосфере, биогеохимии и других.

Современная наука о  биосфере — это системная дисциплина, объединяющая данные биологии и геологии, химии, физики, климатологии, океанологии, почвоведения и ряда других наук [1].

Биосфера, согласно учению академика В.И. Вернадского, представляет собой наружную оболочку Земли, включающую все живое вещество и область его распространения (среду обитания). Верхняя граница биосферы — защитный озоновый слой на высоте 20—25 км, выше которого жизнь невозможна ввиду воздействия ультрафиолетового излучения. Нижней границей биосферы являются: литосфера до глубины 3—5 км и гидросфера до глубины 11—12 км .

Компоненты биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера —  выполняют важнейшие функции  по обеспечению жизни на Земле.

Биосфера возникла около 4,5 млрд. лет назад и прошла несколько этапов эволюционного развития: от первоначального круговорота органического вещества к биологическому круговороту — непрерывному обмену веществом и энергией между живыми организмами и окружающей средой в течение всей жизни организмов и после их смерти.

Bажнейшими компонентами биосферы являются:

•  живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

•  биогенное вещество органического происхождения (уголь, торф, почвенный гумус, нефть, известняк и др.);

•  косное вещество (горные породы неорганического происхождения);

• биокосное вещество (продукты распада и переработки  горных пород биотой).

По В.И. Вернадскому, живое вещество - носитель свободной энергии биосферы, и оно связано с неживым веществом биогенной миграцией атомов. Биомасса сухого вещества живых организмов Земли, включающих около 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, чрезвычайно велика и составляет, примерно, 2,4232*10¹² т. Ежегодный прирост живого вещества на Земле составляет около 8,8*10¹¹ т. Через эти живые организмы прошло большое количество элементов верхней части литосферы, атмосферы и гидросферы [2].

 

Cпецифика биосферы как объекта исследований

Жизнь на планете воплощается  во множестве форм, но в то же время весь органический мир един. Все формы проявления жизни связаны сложными взаимоотношениями в единый комплекс. Она пронизывает каждую из оболочек Земли, образуя аэробиосферу, населенную аэробионтами, субстратом жизни которых служат водяные капельки (влага атмосферы), а условием питания - солнечная энергия и аэрозоли; гидробиосферу - весь глобальный мир воды, населенный гидробионтами, и геобиосферу - обитель геобионтов, субстратом, а отчасти и средой жизни для которых служит земная твердь. Живые существа определили современный химический состав, физические свойства воздуха, воды, почвы. Значит, биосфера, с одной стороны, среда жизни, с другой - результат жизнедеятельности.

Cпецифика биосферы заключается и в том, что в ней все время поддерживаются биогенный, связанный с деятельностью живых существ круговорот веществ и четко направленные потоки энергии. Подобного пока не найдено в поверхностных оболочках других планет. В биотическом круговороте соединены три экологические категории - продуценты, консументы и редуценты. Первые - автотрофные организмы, зеленые растения, способные с помощью лучистой энергии солнца создавать органическое вещество из простых неорганических. Консументы (потребители) сами не могут строить органическое вещество из неорганического, но используют его, питаясь другими организмами - растениями или животными. Это преимущественно животные. Редуценты (в основном бактерии и грибы) питаются мертвой органической массой и в процессе обмена разлагают ее до неорганических составляющих, которые снова могут быть вовлечены в круговорот веществ продуцентами. Так образуется постоянство, устойчивость биологического круговорота, причем разные формы жизни, влияя на окружающую среду, строят ее рельеф, изменяют микроклиматические условия. Особенно велика роль растений, ведь именно они являются продуцентами и редуцентами, дают пищу животным и человеку, очищают планету от мертвых органических остатков.

По подсчетам В. И. Вернадского, всего лишь за один час через живые  организмы, входящие в состав биосферы, проходит масса атомов, равновеликая всей земной коре. Круговорот веществ в природе, аккумуляция определенных элементов и трансформация энергии осуществляются в огромной степени за счет живого вещества. Без жизнедеятельности организмов не возникла бы почва, вода морей и океанов имела бы другие физико-химические свойства и по-иному взаимодействовала с сушей и воздухом, другим был бы состав атмосферы [3].

Hаука о биосфере и её планетной и космической среде, рассматриваемых как целостный объект исследования, отображает в себе синтез всего комплекса знаний, накопленных человечеством, включая исторический, естественнонаучный, социальный, экологический и другие аспекты. Для правильного понимания места и назначения человечества в мире и для корректных взаимосвязей и взаимодействий его со всей сферой жизни планеты особую важность играет раскрытие на основе нового научного материала основополагающей концепции В.И. Вернадского о биосфере как закономерном проявлении одной из форм космической организованности в системе Земли. Биосфера — открытая в Космос система, и она «не может быть понята в явлениях, в ней происходящих, если будет упущена эта её резко выступающая связь со строением всего космического механизма..., в котором, как мы знаем, нет случайностей» [4]. В последних своих работах В.И. Вернадский часто заменял слово «механизм» на «организм», придавая большое значение понятию «организованность», её он рассматривал как динамический процесс в виде незамкнутых циклических, спиралевидных движений, образующих систему подвижных равновесий около каких-то средних значений параметров процесса [5].

 

Методы исследований биосферы. Событийный подход в исследованиях  развития биосферы.

В учении о биосфере выделяют основные подходы:

• энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением и радиоактивными процессами в недрах Земли);
• биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);
• информационный (принципы организации и управления в живой природе);
• пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);
• ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду) [6].

В данное время подход к истории жизни на Земле становится преимущественно «событийным». Многие научные статьи посвящаются анализу разнообразия биоты на разных этапах эволюции, что позволяет выделять катастрофические ситуации, отмеченные массовыми вымираниями, или являются попытками найти причины этих катастроф. В последнем случае явное предпочтение отдается внешним по отношению к самой биоте и обычно экстраординарным факторам, таким, как падение гигантских болидов, вспышкам сверхновых звезд и планетарным климатическим катастрофам. Биотическим же взаимоотношениям, внутренним причинам перестроек биоты уделяется гораздо меньше внимания. Известный энтузиаст «событийного» подхода Отто Валлизер во вводной статье к специальному тому, посвященному глобальным биотическим событиям, призвал к более критичным, взвешенным и дифференцированным подходам к ним (Wallizer, 1986). Oн рассмотрел отдельно биотические и абиотические причины кризисов, даже подчеркнул, что абиотические факторы обычно действуют на экосистемы, уже ставшие нестабильными под действием биотических изменений, но все же явно большее внимание он уделил абиотическим воздействиям.

Одна из причин повышенного  интереса части палеонтологов к  «событийному» подходу заключалась  в надежде построить «событийную» стратиграфию с большей разрешающей способностью. При этом глобальный характер событий давал бы возможность синхронизировать изменения в биоте разных регионов, не имеющих общих видов. Строго говоря, многие «событийные» границы являются диахронными: похолодание—потепление или трансгрессия—регрессия распространяются по Земле за какое-то время, в ходе которого различные территории могут приобретать сходные ландшафт и биоту далеко не одновременно. К примеру, при потеплении сходные био-геоценозы будут сдвигаться по направлению к полюсам, и наоборот. Это сходство может приводить к тому, что сходные ориктоценозы местонахождений, образовавшихся в разное время, будут коррелироваться и считаться синхронными [7].

 

Геоцентризм, космоцентризм и синтетизм в  биосферных исследованиях

Космос  –  это понятие,  впервые  введенное  Пифагором   для   обозначения упорядоченного единства мира, в противоположность Хаосу.  Главным  свойством Космоса считалась гармония сфер. В истории философской  мысли  использование понятия Космоса вело  либо  к  признанию  роли  творца, либо  к обожествлению самого Космоса в духе пантеизма или космотеизма.

      Соотношение человека  и Космоса в истории философской  мысли  понималось по-разному. Со времен Птолемея доминировали геоцентризм  и  антропоцентризм, сменившиеся в XVII в. космоцентризмом. Человек, особенно, в XXI в.  никак не может считать себя целью Вселенной,  но,  с  другой  стороны,  он  не  может смириться с ролью ничтожной плесени на  второстепенной  планете,  вращающейся вокруг рядовой звезды, коих мириады.  Cознание  человека  способно  охватить эти грандиозные просторы и уразуметь парадоксальность времени.  Более  того, сформулирован так называемый антропогеидный принцип, согласно которому  ритмы Вселенной и человека, а также размеренность  функционирования  этих  систем близки или совпадают. Вселенная как бы устроена для того, чтобы человек  мог ее  осмыслить  и  освоить.  Об  этом  же  говорят в синергетике:   человек рассматривается  как  мощный  фактор  эволюции  Вселенной,   где   нарастают процессы нестабильности (И. Пригожин).

Взаимоотношения природы  и  общества  –  это вечная  и  всегда  актуальная проблема  философии  и   всего   гуманитарного   знания [8].

С древних времен геоцентрические представления преобладали в астрономии вплоть до XVI века. Наиболее точно геоцентрическая модель была сформулирована во II веке Александрийским ученым Птолемеем. Он предложил модификацию, которая была приведена в соответствие с наблюдениями. Правда, он считал, что Земля слегка смещена от “эпицентра” Вселенной. Каждое небесное тело (планеты) вращались вокруг некоей точки, “эпицикла”, которая, в свою очередь, вращалась вокруг “эпицентра” (рис. 1). 

 

Рис.2

 

Незадолго до этого польский астроном Николай Коперник в 1543 г. опубликовал труд, где обосновывал гелиоцентрическую концепцию, которая сделалась господствующей в современной астрономической науке. Но Коперник чрезвычайно усложнил систему Птолемея. Чтобы согласовать свою модель с наблюдениями, Копернику пришлось рассчитать такое движение планет, при котором они имели еще более сложную систему “эпициклов”.

Однако, усложнение модели Коперника отнюдь не привело к  более точным расчетам траекторий движения планет. Научные наблюдения, без  сомнения, скорее подтверждали древнюю систему, а не новую”.[9]

Идея Коперника была с энтузиазмом подхвачена в XVII веке Галилео Галилеем, который гелиоцентризм считал в астрономии уже установленным фактом.

Датский астроном Тихо Браге (1546-1601), который признан одним из величайших практических астрономов всех времен, предложил альтернативную коперниковской астрономическую систему. На построенной им в 1576 г. обсерватории он свыше 20 лет выполнял серии самых точных астрономических наблюдений из всех когда-либо исполненных до него. В результате своих опытов он пришел к выводу, что Земля неподвижна и находится в центре Вселенной. Браге считал, что Луна вращается вокруг Земли, Солнце тоже вращается вокруг Земли, но планеты и все звезды вращаются вокруг Солнца (рис. 2). В отличие от Коперника, Браге смог удовлетворительно объяснить свои наблюдения. 

 

 

 

Ученик Браге Иоганн Кеплер после его смерти не возражал против такой модели, показывая, что все наблюдения с ней согласуются, но лично Кеплер предпочел гелиоцентрическую систему Коперника с той лишь разницей, что планеты, согласно с его теорией, вращаются вокруг Солнца не по окружностям, а по эллипсам.

Однако, ни система Коперника, ни теория Кеплера так никогда и не были подтверждены ни одним бесспорным научным доказательством [10].

Космоцентризм – система философских взглядов, появившаяся в Древней Греции, согласно которой мир воспринимается как космос, многообразный, гармоничный и одновременно вселяющий ужас. Все явления окружающего мира рассматривались через призму космоса. [11]

Термин “русский космизм” сложился в отечественной философии  в 70-е гг. ХХ в. в основном в связи  с интерпретацией идей Н. Ф. Федорова, К. Э. Циолковского и В. И. Вернадского.

В. И. Вернадский считал, что благодаря науке человечество получает возможность превратиться в силу, подчиняющую себе Kосмос и становящуюся ответственной за судьбу биосферы и Космоса. Это объясняется тем, что “научная работа становится проявлением геологической работы человечества, создает особое состояние геологической оболочки — биосферы, где сосредоточено живое вещество планеты: биосфера переходит в новое состояние — в ноосферу”. В своих работах “Несколько слов о ноосфере” (1943) и “Научная мысль как планетарное явление” (1944) мыслитель под ноосферой понимает сферу распространения разумной деятельности людей, которая направлена на рационально регулируемое поддержание жизни всего живого, включая и самих людей, не только в рамках биосферы Земли, но и за ее пределами сначала в околосолнечном пространстве, а затем и за ее пределами. В. И. Вернадский полагал, что вступление человечества в эру ноосферы подготовлено всем ходом эволюции живого. Условием такого перехода выступает объединение созидательных усилий всего человечества во имя повышения уровня благосостояния всех людей. [12]