Концепция биосферы

Лекция № 5.

1. Понятие биосферы. Биосфера – как одна из оболочек Земли.

2. Границы биосферы.

3. Характеристика главных типов веществ биосферы

4. Свойства и функции живого вещества.

5. Ноосфера, как высшая стадия биосферы.

1. Понятие биосферы. Биосфера – как одна из оболочек Земли.

Биосфера (от греч. bios. – жизнь, sphaira - шар) сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Эта одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Термин «биосфера» появился в науке в 1875 г., однако первые представления о биосфере складывались уже в начале 19 в. Эти первые представления были, в частности, отражены в работе «Гидрология» Ж.Б. Ламарка (1802) не пользуясь понятием «биосфера, он писал, что «все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов».

В 1826 г. немецкий ученый Гумбольдт ввел понятие «жизненная среда», понимая под этим оболочку Земли, куда включал атмосферные, морские и континентальные процессы и весь органический мир. Так в науке формировалось понятие пространства, охватываемого жизнью и ей же создаваемого. Геолог Э. Зюсс назвал это пространство «биосферой». Впоследствии понятие биосферы разрабатывалось разными исследователями. Считается, что наиболее полно концепция биосферы разработана в трудах отечественного естествоиспытатели и философа В.И. Вернадского (1863-1945). В 1926 г. вышла его работа «Биосфера», в котором ученый изложил свое учение о «живом веществе» и его геологических функциях.

Земля и окружающая ее среда сформировались в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,5 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Как и другие планеты, Земля получает энергию от Солнца, достигающую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло – одно из главных слагаемых климата Земли, основа для развития многих геологических процессов. Огромный тепловой поток исходит из глубин Земли. По новейшим данным, масса Земли составляет 6·10²¹ т, объем – 1,083 ·10¹² км³, - площадь поверхности – 510,2 млн км². Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним относятся – ядро, мантия, а к внешним – литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли – биосфера.

2. Биосфера, являясь глобальной экосистемой как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена: 1) почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства; 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможные еще проявления жизни; 3) водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа: стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни; обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию. Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавая экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера. Верхняя граница биосферы в атмосфере определяется высотой 20 -25 км – слоем озона; озоновый экран защищает все живое на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца. Споры некоторых бактерий и плесневых грибов были обнаружены на высоте до 22 км.

В гидросфере границы доходят до максимальных глубин, жизнь встречается на дне океанических впадин, до 10-11 км от поверхности, где температура около 0 С.

В литосфере жизнь ограничивается, прежде всего, температурой горных пород, постоянно возрастающей с глубиной. В породах земной коры бактерии были обнаружены на глубине 4 км.

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,ОЗхIО 12 т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

3.Сущность учения В. И. Вернадского заключена в признании исключительной роли вещества», преобразующего облик планеты. Суммарный результат его деятельности за геологический период времени огромен. По словам Вернадского, «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Именно живые организмы улавливают и преобразуют энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

Вторым главнейшим аспектом учения В. И. Вернадского является разработанное им представление об оргнизованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды. «Организм, - писал В. И. Вернадский, - имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему».

Это взаимодействие сказывается прежде всего в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека 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 представлениям Вернадского, биосфера включает в себя:

- живое вещество, образованное совокупность организмов;

- биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.);

- косное вещество, котрое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы);

- биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов например почвы):

- радиоактивное вещество;

- вещество космического происхождения;

- рассеянные атомы.

4.По Вернадскому, живое вещество – это совокупность существующих (или существовавших в определенный отрезок времени) живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором. (Шамилева, 2004).

К основным уникальным особенностям живого вещества, обусловливающим его крайне высокую преобразующую деятельность, можно отнести следующее (по Н.А. Воронкову, 1997).

1. Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство.

2. Движение не только пассивное, но и активное.

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.

4. Высокая приспособительная способность к различным условиям.

5. Феноменально высокая скорость протекания реакций.6. Высокая скорость обновления живого вещества.

Живое вещество обеспечивает биогеохимический круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. Различают пять основных функций живого вещества на нашей планете.

Энергетическая (биохимическая) – связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе, и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов.

Газовая – способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом.

Концентрационная - «захват» из окружающей среды живыми организмами и накопление в них атомов биогенных химических элементов.

Окислительно – восстановительная – окисление и восстановление различных веществ с помощью живых организмов.

Деструктивная – разрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты (деструкторы) – сапротрофные грибы и бактерии.

5. С середина ХХ века хозяйственное давление человека на природу существенно усилилось: ежегодно в результате только нерациональной его деятельности обращаются в пустыни 44 га земель, уничтожается 690 тыс.га лесов, исчезает по одному виду животных и растений.

Негативная деятельность человека проявляется в следующих трех направлениях:

- загрязнение окружающей природной среды;

- истощение природных ресурсов;

- разрушение природной среды.

Таким образом, человек стал в настоящее время главной силой, изменяющий природные процессы в биосфере. Научно-технический прогресс привел к заметному нарушению биосферного равновесия, превышению возможностей природных систем по самоочищению. Необходимо изучать законы природы, чтобы предотвратить ее разрушение, найти пути разумного использования природных ресурсов и сбалансированного природопользования в 21 веке.

Гармоничное сосуществование человека и природы – новый этап в развитии биосферы, который академик В.И.Вернадский назвал ноосферой (от греч. noos – разум).

Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние — в ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли человечества. Однако в трудах Вернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальной ноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере в будущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в нее), а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или с возникновением промышленного производства. Надо заметить, что когда в качестве минералога Вернадский писал о геологической деятельности человека, он еще не употреблял понятий “ноосфера” и даже биосфера. О формировании на Земле ноосферы он наиболее подробно писал в незавершенной работе “Научная мысль как планетное явление”, но преимущественно с точки зрения истории науки.

Итак, что же ноосфера: утопия или реальная стратегия выживания? Труды Вернадского позволяют более обоснованно ответить на поставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:

- заселение человеком всей планеты;

- резкое преобразование средств связи и обмена между странами; усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли; начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;

- расширение границ биосферы и выход в космос; открытие новых источников энергии; равенство людей всех рас и религий;

- увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики;

- свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли;

- продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни;

- разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальньТе, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;

- исключение войн из жизни общества.

Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.

Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено прежде всего функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик.

Контрольные вопросы:

1. В чем заслуга Вернадского в учении о биосфере?

2. Каковы границы биосферы?

3. Что важно для биосферы

4. В чем уникальные особенности живого вещества?

5. В чем заключаются функции живого вещества?

6. Что служит главным источником энергии в биосфере?

7. Что необходимо для перехода в ноосферу?

Литература:

1. Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М.,Наука, 1994 г.

2. Акимов Т.А., Хаскин В.В. Экология. М., Изд-во ЮНИТИ, 1998 г.

3. Степановских А.С. Охрана окружающей среды. М., 2000 г.

4. Степановских А.С. Экология. Москва, 2003 г.

5. Муравей Л.А. Экология и безопасность жизнедеятельности. М.,ЮНИТИ,2000 г.

6. Шилов И.А. Экология. М., Высшая школа, 2000 г.

7. Реймерс Н.Ф. Экология (Теория, законы, правила, принципы и гипотезы). М., Россия Молодая, 1994.

8. Радкевич В.А. Экология. Минск, Высшая школа, 1997 г.

Бродский А.К. Краткий курс общей экологии. – СПб.:

Дата добавления: 2013-12-13