Развитие биосферы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..3

1. СТРУКТУРНАЯ  ОРГАНИЗОВАННОСТЬ БИОСФЕРЫ……………………4

1.1. Биоценозы…………………………………………………………………….5

1.2. Геоценозы  и биогеоценозы. Экосистемы…………………………………..6

1.3. Понятие  биосферы……………………………………………………………8

1.4. Биологический круговорот веществ в природе…………………………….9

1.5. Роль  энергии в эволюции…………………………………………………...10

2. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ В.И. ВЕРНАДСКОГО И ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО……………………………………………………………………...12

2.1. Живое  вещество……………………………………………………………..12

2.2. Биогеохимические принципы В. И. Вернадского………………………...14

3. ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ И ПЕРЕХОД К НООСФЕРЕ………………………………………………………………………16

3.1. Основные  этапы эволюции биосферы………………………………….….16

3.2. Ноосфера…………………………………………………………………….17

3.3. Преобразование биосферы в ноосферу…………………………………....18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….22

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….24 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

    Человек связан с природой неразрывными узами. Начиная с первобытного периода своего существования, он пытался ее познать в целях использования. Природа давала ему пищу, растительную и животную; одежду, жилище; орудия и оружие - каменные, металлические; энергию огня, воды, ветра.

    Постепенно  из наблюдений и опыта использования  различных природных объектов возникли науки. Наука о природе - естествоведение - дифференцировалась на отдельные отрасли знания: биологию, геологию, физику, химию. Каждая из них углублялась в изучение деталей и выделяла новые науки, например ботаника: анатомию, морфологию, физиологию, систематику, филогению растений, микробиологию. То же происходило с зоологией и многими другими науками.

    С развитием отдельных наук о природе  все настоятельнее проявляется  потребность в выявлении всеобъемлющей  картины жизни на планете Земля  и общих процессов , происходящих на ней .

    Ламарк  впервые вводит термин “биосфера”, обозначающий область жизни и влияние живых организмов на процессы, происходящие на Земле.

    Биосфера  тесно связана с деятельностью  человека, и сохранность равновесия ее состава зависит от него.

    В настоящее время в связи с весьма ощутимыми последствиями научно-технического прогресса, ставящим под угрозу дальнейшее существования человека, во всех странах мира испытывается настоятельная потребность в охране биосферы. А чтобы устранить опасности, нависшие над Землей, необходимо знать историю биосферы, знать, как она существовала до возникновения человека. Знание процессов, происходящих в биосфере, и соответственно разумная организация всей деятельности и жизни человечества может помочь восстановить былую красоту природы.

    Под биосферой принято понимать сложную внешнюю оболочку Земли, населенную организмами. Биосфера качественно отличается от всех других сфер Земли, так как в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов, а на последнем этапе истории Земли - и человека. При этом характерно, что определенные группы живых существ могут оказывать различное, вплоть до диаметрально противоположного, влияния на окружающую среду. Например, зеленые растения обогащают ее кислородом, животные - углекислым газом, растения извлекают громадные массы углерода из атмосферы, а микроорганизмы, разлагая органическое вещество, возвращают большую часть углерода обратно, и т.д.

    Современная биосфера включает в себя полностью гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы.  

1. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗОВАННОСТЬ БИОСФЕРЫ

    Существование всех живых организмов на Земле неразрывно связано с окружающей средой. Растения и животные находятся не только в тесной зависимости от неживой природы и от других организмов, испытывая их воздействие и приспосабливаясь к ним, но и, потребляя разнообразные продукты окружающей среды, сами преобразуют природу. Потребляемые вещества, необходимые для жизни, называются биогенами. К ним относятся химические вещества, абсолютно необходимые для существования живых организмов и входящие в их состав (молекулы кислорода, азота, углерода и т.д.), вещества, возникшие в результате разложения остатков организмов, но еще не полностью минерализованные, вещества, образуемые растениями (например, лук, чеснок, хрен, так называемые фитонциды) и животными организмами и связанные с их жизнедеятельностью, а также вещества, которые оказывают стимулирующее действие на организмы (биогенные стимуляторы). К абиотическим компонентам окружающей среды, необходимым для существования живой природы, относятся атмосфера, почва, вода, солнечная энергия, воздействие радиации, электромагнитных и тепловых полей, т.е. такие условия воздействия окружающей среды, в которых живые организмы возникли и могут существовать.¹ 

    1.1. Биоценозы

    В процессе исторического развития и  естественного отбора под влиянием конкретных природных факторов сложились различные группы организмов - сообщества, взаимодействующие со своей средой обитания и находящиеся в органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Такие сообщества организмов получили название биоценозов. Таким образом, биоценоз - это совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих участки суши или водоемов с более или менее однородными условиями существования, характеризующихся определенными взаимосвязями между собой, которую можно рассматривать как элементарную экологическую нишу. Биоценоз представляет собой целостную с сильной связью между внутренними элементами, но открытую систему, находящуюся в условиях вдали от равновесия. На такую неустойчивую и самоорганизующуюся систему существенно влияют слабые воздействия, которые могут создавать в ней согласованное, кооперативное поведение подсистем различных типов - отдельных особей, видов, популяций. В результате согласованного взаимодействия подсистем происходят процессы упорядочения и возникновения из хаоса определенных структур, их изменение и усложнение. Как следует из синергетического метода изучения сложных самоорганизующихся систем, чем больше отклонение от равновесия, тем выше взаимосвязь и единство процессов, протекающих в отдаленных областях и не связанных друг с другом.

    Наличие неустойчивостей увеличивает роль внешних воздействий, и даже очень  малое воздействие может привести к значительным последствиям. Наглядный, хотя и несколько необычный пример такого слабого воздействия неустойчивости, возникшей при изменении начальных условий, приводит в своей отличной книге «Колебания и волны для гуманитариев», написанной в хорошем классическом научно-популярном жанре, академик Д.И. Трубецков, описывая ситуацию из фантастического рассказа Брэдбери «И грянул гром»: «Некая фирма организует сафари в прошлом. Там проложена тропа, с которой нельзя сходить, чтобы не изменить условий в прошлом, и которые являются начальными для настоящего. Однако один из охотников по трусости сходит с тропы и нечаянно раздавливает маленькую желтую бабочку. Начальные условия изменились... Экспедиция возвращается в настоящее, и ее члены видят, что изменился алфавит, избран другой президент, более того, у людей изменился цвет лица, разрез глаз, т.е. произошли изменения на генетическом уровне. Малое изменение начальных условий (раздавлена бабочка) привело к серьезным изменениям за конечное время».

    В связи с этими «путешествиями»  во времени можно заметить еще  раз, что в рамках синергетики имеются представления о том, что будущее состояние системы (среды) формирует и изменяет и ее настоящее. Будущее, по терминологии С.П. Курдюмова и Е.Н. Князевой, «временит» настоящее, организует его. Если мы знаем (или предполагаем), к чему придет система в будущем, то в настоящем должны быть ростки или условия этого будущего. И в этом также проявляется целевая функция живого и его память - факторы, которые не учитывала классическая физика.² 

    1.2. Геоценозы и биогеоценозы. Экосистемы

    Можно выделить также отдельно участки  земной поверхности с определенными  природно-климатическими условиями, которые  будут характеризовать географическую среду обитания живых организмов. Они называются геоценозами. Как биоценозы, так и геоценозы входят в качестве составных частей в более сложную, но также целостную систему, которую наш соотечественник академик В.Н. Сукачев назвал биогеоценозом. Примерами биогеоценозов являются водоемы (океаны, моря, реки, озера) и лесные массивы со всеми их обитателями. С точки зрения уровней организации живого биогеоценоз является элементарной единицей биогеоценотического уровня организации жизни на Земле, а составной частью биоценоза как раз и будет популяция. В естественных условиях наблюдается закономерная последовательность преобразований биоценозов с переходом в новое устойчивое состояние, которое можно рассматривать как своеобразный фазовый неравновесный физический переход в результате эволюции.

    Примерами являются превращения озер в болота, смена форм растительности и т.д. Поскольку понятие биогеоценоза имеет, как мы видим, широкий смысл, иногда его называют экологической системой (экосистемой). Сам термин экология был введен немецким биологом Э. Гаккелем в 1866 г. и обозначал взаимоотношения между сообществами животных и растений. Сейчас круг вопросов, относящихся к проблемам экологии, значительно расширился, вплоть до представлений концепции устойчивого развития биосферы, ее коэволюции с человеком и вообще возможности существования жизни на Земле в условиях интенсивного роста техносферы.

    Таким образом, экосистема - это взаимообусловленный комплекс живых и абиогенных компонентов, связанных между собой обменом вещества и энергии, продукт совместного развития многих живых организмов, в ходе которого они не только приспособились друг к другу, но и изменились в результате эволюции. Каждая экосистема содержит и сложные, и простые компоненты, поэтому низшие организмы являются составной ее частью. Выпадение одного или нескольких компонентов (вспомним бабочку Брэдбери!) может привести к потере целостности или даже гибели определенного биогеоценоза. 
 

    1.3. Понятие биосферы

    В современном естествознании проблемы жизни в целом на Земле объединяются общим понятием биосферы - термин (его в 1875 г. ввел австрийский геолог Э. Зюсс), первоначально означавший совокупность всех живых организмов на нашей планете. Однако в дальнейшем выяснилось, что биосфера представляет собой единство объектов живой и неживой природы, вовлеченных в сферу жизни. Два основных компонента биосферы - живые организмы и среда их обитания - непрерывно взаимодействуют и влияют друг на друга. Как мы уже рассматривали, воздействие биотических (живых) факторов на абиогенные условия в значительной мере изменяет физическое, химическое и геологическое состояние нашей планеты. Именно поэтому биосферу нельзя рассматривать отдельно от неживой природы, а только в единой совокупности со средой обитания живых организмов - гидросферой, атмосферой и верхней частью литосферы, которые и обеспечивают их необходимыми компонентами жизни - водой, кислородом, минеральными веществами и микроорганизмами. Можно даже сказать, что окружающая среда выступает неким регулятором жизненных процессов, причем не только в поставке необходимых веществ и контактном взаимодействии, но и во влиянии совокупностей полей различной природы, обладающих в том числе энергетическими и информационными характеристиками.

    Таким образом, биосфера - это вся совокупность связанных между собой биологическим круговоротом веществ и энергий биогеоценозов на поверхности Земли. Состав, структура и энергетика биосферы определяются совокупной деятельностью живых организмов. В различных природных условиях биосфера принимает вид относительно независимых комплексов - биогеоценозов. Биосфера распространена неравномерно по земной поверхности, верхняя ее граница - 25-30 км, нижняя (в земной коре) - до 2-3 км, в воде - до 3-10 км.

    Океан занимает около 71% земной поверхности  Земли, но его биомасса составляет всего 0,13% от суммарной массы живых организмов. Масса живого вещества сосредоточена в основном в сухопутных растениях. Сухопутные животные составляют 93% , водные - 7%, растительность на суше - 92%, в воде - 8%. Одним из признаков живого и условием сохранения биоты и биосферы в целом является разнообразие видов живых организмов. К настоящему времени установлено, что число видов растений составляет 21%, а животных - 79% от общего числа объектов живой природы. Однако на 79% видов животных приходится всего 1% всей биомассы Земли. Отсюда Т.Я. Дубнищева делает вывод, что чем выше уровень видовой дифференциации, тем меньше соответствующая ему биомасса. Такое распределение численности видов и их биомасс носит не случайный характер, а определяется ходом эволюции. Несмотря на то что животный мир более разнообразен и почти в 4 раза превосходит численность видов растений, на долю позвоночных и млекопитающих приходится менее 4%, поэтому на суше преобладают растения, а в воде - животные. Из процентного соотношения сухопутных и водных видов делается вывод, что возможность видообразования на суше, обусловленная процессами эволюции, выше, чем в воде. Отметим еще один общий закон: чем выше уровень дифференциации, тем меньше занимаемый видом объем.