Основные идеи Вернандского Владимира Ивановича о биосфере

СОДЕРЖАНИЕ:

 

Введение………………………………………………...

Понятие о биосфере…………………………………….

Структура и функции биосферы…………………..

            Формы биосферы…………………………………

            Состав биосферы…………………………………

            Элементы биосферы………………………………

Биотический круговорот ……………………….

Границы биосферы…………………………………

Живое вещество планеты…………………………...

Функции живого вещества…………………………

            Энергетическая функция…………………….

            Фотосинтез…………………………………….

            Средообразующая функция………………….

Заключение………….………………………………...

Список литературы…………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

  Владимир Иванович Вернадский  занимает особое место среди  выдающих представителей естествознания  на рубеже XIX—XX вв. Естествоиспытатель, мыслитель, ученый-энциклопедист,  академик заложил важнейшие основы новой естественнонаучной картины мира, показал закономерности естественноисторического развития как грандиозного космопланетарного процесса. Современное естественнонаучное мышление, как уже отмечалось, только начинает постигать значение нарисованной им величественной картины мироздания.

   В.И. Вернадский родился  в 1863 г. После окончания университета  занялся минералогией и геохимией  — проблемой изучения роли  живого вещества в эволюции  земной оболочки и биосферы. В  1890 г. он подытожил свою работу и развернул широкую программу эволюции биосферы с момента ее возникновения до настоящего момента.

   В основе картины развития  Земли как космического тела  он ограничился констатацией  факта, что жизнь на ней возникла, не занимаясь изучением как. Он предположил, что жизнь на Земле имеет довольно древнее происхождение. Сегодня учеными доказано, что жизнь на Земле существовала 3,8 млрд. лет назад. То есть возникновение Земли как космического тела 4,5 млр.д лет назад и появление на ней жизни по космическим масштабам произошли практически одновременно.

   В.И. Вернадский первым  сказал, что жизнь — есть явление  космическое, и начал исследовать  ее влияние на развитие планеты.  Жизнь — это катализатор процесса  развития. Он изложил историю  развития биосферы и всей внешней оболочки земли, реконструкцию этого процесса. Пленка жизни, возникшая на поверхности планеты, многократно ускоряла процессы ее эволюции за счет способности поглощать и использовать энергию космоса, солнца и трансформировать с ее помощью земное вещество.

 

 

Биосфера – это  среда нашей жизни, это та природа, которая нас окружает, о котором  мы говорим в разговорном языке. Человек – прежде всего – своим  дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенном домике.

 

В. И. Вернадский.

 

 

ПОНЯТИЕ БИОСФЕРЫ

 

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

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом из Австрии Эдуардом Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой  тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась настолько велика, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании - учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Однако задолго до этого под  другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина  природы", "живая оболочка Земли" и т.п., содержание термина биосфера рассматривалось многими другими  естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Концепция биосферы, которую мы принимаем  сейчас, в основном опирается на идеи Владимира Ивановича Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса.

Биосфера, или биомасса Земли, —  это совокупность всех живых существ  в природе, которая имеет свои границы. Верхний предел биосферы ограничен  сильнейшим солнечным и космическим  излучением, поражающим все живое. Нижний предел — высокими температурами  недр Земли.

 

 

 

 

 

 

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ  БИОСФЕРЫ

 

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли –  область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера по вертикали разделяется  на две четко обособленные области: верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу, в которой происходит фотосинтез, и нижнюю, «темную», - меланобиосферу, в которой фотосинтез невозможен. На суше граница между ними проходит по поверхности Земли. (14)

Биосфера охватывает нижнюю часть  атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана.

В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем  существования жизни». На развитие жизни, а, следовательно, и границы  биосферы оказывают влияние многие факторы и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни и слишком высокие или низкие температуры. Элементы минерального питания также влияют на развитие жизни. К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз).

В планетарной биосфере выделяют континентальную  и океаническую биосферы, которые  отличаются геологическими, географическими, биологическими, физическими и другими условиями. Нижний предел распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или изотермой в 100 град. C в литосфере (по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км. Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя теоретически он может быть более широким. (1)

 

 

 

 

 

Формы биосферы

 

На основе работ В. И. Вернадского  и других исследователей, внесших  большой вклад в изучение биосферы планеты, предлагается различать три основные ее формы:

1.   формы биологической систематики, включающие популяции, виды, роды, семейства и др., принятые в ботанике и зоологии;

  2. биогеографические формы  – территории, характеризующие географическое распространение и распределение растений и животных, специфику флоры и фауны. Это биогеографические зоны, области и т.д. Отдельно выделяются ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие представление о составе и характере флоры и фауны;

  3. экологические формы, известные  под названием экосистем (биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. Напомним, что биотоп – это участок  с однородными экологическими  условиями, занятый определенными  биоценозами, экотоп – это  место обитания сообщества. В отличие от биотопа, понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды. Это совокупность абиотических условий неорганической среды данного участка, представляющего собой местообитание конкретного сообщества. Экологические формы определяют специфику изучения биосферы в экологических аспектах. (9)

 

Состав биосферы

 

Вещественный состав биосферы также  разнообразен. В. И. Вернадский включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

·    живое вещество;

·   биогенное вещество – рождаемое  и перерабатываемое живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и  т. д.);

·  косное вещество, образуемое без  участия живых организмов (твердое, жидкое и газообразное);

·   биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);

· вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого  и актиноуранового ряда);

·   рассеянные атомы земного  вещества и космических излучений;

·  вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль и пр.). (2)

 

 

Элементы биосферы

 

В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для  развития живого вещества имеют следующие  ее элементы (сверху вниз):

·    слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

·     педосфера, или почвенный  покров;

·  ландшафтно-экологические системы – функциональные системы, включающие живые организмы и среду их обитания;

· кора выветривания, т.е. зона разрушения и преобразования горных пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной коры под воздействием различных факторов;

· древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа  и других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко используемые в промышленности;

· многочисленные минералы верхней части земной коры и биосферы: глины, известняки, бокситы и т. д.;

·   природные воды осадочной оболочки;

·  миллионы органических и органоминеральных  соединений: уголь, графит, гумусовые  вещества, нефть, природные газы;

·   минеральные ресурсы биосферы и земной коры, распространенные в  форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута, платины и т. д. Все они – главный источник сырья для металлургии, химической промышленности и многих других отраслей. Их добыча и использование в экономике растут год от года.

Из вышеописанного вытекает, что биосфера является результатом сложнейшего механизма геологического и биологического развития косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой – результат жизнедеятельности. Главная специфика современной биосферы – это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ. (10)

Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу, что  главным трансформатором космической  энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать  энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения. Для объяснения большой суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты, которые действительно показали огромное значение фотосинтезирующих растений в создании общей органической массы. Ученый подсчитал, что поверхность Земли составляет меньше одной десятитысячной поверхности Солнца. Общая же площадь трансформационного аппарата зеленых растений зависимости от времени года составляет уже от 0,86 до 4,2% площади поверхности Солнца. Этот зеленый энергетический потенциал и лежит в основе сохранения и поддержания всего живого на нашей планете .

  Биосфера включает в себя  все живые организмы, находящиеся  во взаимодействии с физической  средой Земли и обитающие в  атмосфере, гидросфере и литосфере.  Она представляет собой открытую систему, через которую проходит поток энергии от Солнца. Живые организмы аккумулируют солнечную энергию, превращают ее в химическую и создают все многообразие жизни.

Биосфера в главных своих  чертах может быть охарактеризована по отдельным оболочкам, которые она охватывает. Рассмотрим каждую их них.

Атмосфера — наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космическим  пространством. Это воздушная оболочка, состоящая в основном из азота и кислорода; достигает мощности до 20 тыс. км. В меньших концентрациях она содержит углекислый газ и озон.

Состояние атмосферы оказывает  большое влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических  процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ, расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Озон поглощает ультрафиолетовую радиацию, разлагаясь на атомарный и молекулярный кислород. Основное количество озона располагается на высоте 20—25 км, там его концентрация максимальна. Озоновый слой является “экраном” от ультрафиолетового излучения и играет исключительно важную роль в сохранении жизни на Земле.

Вне атмосферы существование живых  организмов невозможно. Это видно  на примере лишенной жизни Луны, у которой нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы связано с геохимическими процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря (в значительной мере) вулканической активности, а кислород – в результате фотосинтеза.