Основные подходы учения о биосфере кратко

Обновлено: 02.07.2024

Необходимость экологического воспитания и обучения людей Земли становится не только актуальной, но уже кричащей, уже не терпящей отложения современной проблемой. Быстрый, экспоненциальный рост населения, требующий тысячекратных затрат природных ресурсов на каждого человека, особенно продуцентов, ведет к их быстрому истощению. Сокращаются леса, уменьшаются площади пахотных земель и их плодородие, выше всяких норм загрязняется вредными веществами воздух городов, вода рек, водоемов, растут пустыни, горы отходов.

Однако большинство населения Земли, включая многие властные структуры, не осознает надвигающейся глобальной угрозы жизни не только человеку, но и всему живому. По-прежнему господствует беспечное, хищническое отношение человека к Природе, к биосфере и даже к самому себе (курение, пьянство, войны). Многие считают, хотя это далеко не так, что человек - высшее (божественное) создание, он - гегемон природы, ему все дозволено, ему все подчиняется, природа - его служанка, его собственность, он может ее преобразовывать и улучшать, он способен решать любые задачи экологии, биосферы, потребностей человека и т.д. Подобное мировоззрение владеет бесспорно большинством людей и постоянно воспроизводится современным воспитанием, обучением, жизненной действительностью. И в этом кроется главная экологическая опасность, поскольку такое укоренившееся мировоззрение миллиардов людей очень трудно развернуть в нужном для их же спасения направлении и исключить их деятельность, губительную для биосферы.

Предмет курса охраны биосферы

Охрана биосферы — это совокупность международных, государственных, политических, правовых, технических, социальноэкономических, общественных и других природоохранных мероприятий, направленных на оптимальное сохранение устойчивого равновесия в биосфере, благоприятного для жизнедеятельности живых организмов, на рациональное использование, воспроизводство и сохранение материальных и энергетических природных ресурсов и параметров природных систем в интересах существующих и будущих поколений людей.

Речь идет об охране от загрязнения и вредного воздействия атмосферного воздуха, вод, земель, недр, растительного и животного мира, рыбных запасов; о сохранении в естественном виде ландшафтов; о рациональном использовании других природных ресурсов.

Охрана биосферы как учебная дисциплина рассматривает общие принципы и методы обеспечения и восстановления условий жизни и природных ресурсов.

Охрана биосферы контролирует

объекты живой и неорганичной природы и их взаимосвязь;
взаимодействие на эти объекты, на их взаимосвязь различных факторов;
проблемы охраны биосферы и среды от вредных воздействий;
воспроизводство и сохранение природных ресурсов.

Основная задача курса - довести до сознания студентов элементы экологического мировоззрения, в основе которого лежит представление о единстве и взаимосвязи всех природных биогенных процессов, об их изменении под воздействием антропогенных факторов.

Для химиков такие знания особенно важны, поскольку основные загрязнители природы - продукты химических процессов. Именно химики способны грамотно и правильно решать проблемы утилизации загрязнителей биосферы, проблемы защиты и охраны биосферы.

Возраст биосферы приблизительно 4 млрд. лет.

Круговорот веществ в биосфере

Основной принцип функционирования экосистем — получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.
Рассмотрим такой круговорот для основных компонентов, входящих в состав биосферы.

Круговорот углерода

Для примера рассмотрим круговорот углерода. В атмосфере запасы углерода в виде СО2 невелики, в земной коре они присутствуют в виде ископаемого топлива. Когда около 2 млрд лет назад на Земле появилась жизнь, атмосфера в основном состояла из СО2. Первые организмы были анаэробными, т.е. жили в отсутствие кислорода. Накопление кислорода обусловлено существованием зеленых растений. Сейчас его запасы на Земле оцениваются в 1,6-105т. Эту массу зеленые растения могут создать за 10 тыс. лет. Поступивший в атмосферу по разным причинам углерод усваивается зелеными растениями, выделяющими в процессе своей жизнедеятельности кислород. А в результате потребления животными органических соединений происходит окисление органических веществ до углекислого газа, который поступает в атмосферу. Иными словами, углерод — главный участник биотического круговорота. Человек активно вмешивается в этот круговорот, что может в ближайшие 100 лет привести к изменениям климата, подъему океана, уменьшению количества кислорода в составе атмосферы и пр.

Круговорот серы

Сера преобразуется в различные соединения и циркулирует в биосфере. Из природных источников она попадает в атмосферу в следующем виде:
сероводород (H2S) — бесцветный, дурно пахнущий ядовитый газ — при извержении вулканов, при разложении органических веществ в болотах и затапливаемых приливами низинах;
диоксид серы (SO;) — бесцветный, удушливый газ при извержении вулканов;
частицы сульфатных солей (например, сульфат аммония) - из мельчайших брызг океанической воды.
Около трети всех соединений серы и 99 % диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов двуокиси серы в атмосферу. Остальная треть приходится на такие технологические процессы, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.
В атмосфере двуокись серы окисляется кислородом до газообразного триоксида серы, который при реакции с водяным паром образует мельчайшие капельки серной кислоты (H2SO4). Взаимодействуя с другими атмосферными компонентами, триоксид серы может образовывать мельчайшие частицы сульфатных солей. Серная кислота и сульфатные соли вносят свой вклад в образование кислотных осадков, нарушающих жизнедеятельность лесных и водных экосистем.

Круговорот воды

Гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды, состоит в следующем. Солнечная энергия и земное притяжение непрерывно перемещают воду между океанами, атмосферой, сушей и живыми организмами. Важнейшими процессами этого круговорота являются испарение, конденсация, осадки и сток воды назад в море для возобновления цикла.
Под воздействием поступающей солнечной энергии вода испаряется с поверхности океанов, рек, озер, почв и растений и поступает в атмосферу. Ветры и воздушные массы переносят водяной пар в различные районы Земли. Понижение температуры в отдельных частях атмосферы приводит к конденсации водяного пара, образованию облаков и туманов и выпадению атмосферных осадков.
Часть пресной воды возвращается на поверхность земли в виде осадков, замерзает в ледниках. Однако в основном она заполняет понижения и ложбины и стекает в ближайшие озера, ручьи и реки, которые несут ее назад в океан, тем самым, замыкая кольцо круговорота. Такой сток пресных вод с поверхности суши вызывает также эрозию почв, которая приводит к перемещению различных химических веществ в рамках других биогеохимических циклов.
Значительная часть возвращаемой на сушу воды просачивается глубоко в фунт. Там происходит накопление фунтовых вод в водоносных горизонтах — подземных резервуарах. Подземные источники и водотоки в итоге возвращают воду на поверхность суши и в реки, озера, ручьи, откуда она вновь испаряется или стекает в океан. Однако циркуляция подземных вод происходит несравнимо медленнее, чем циркуляция поверхностных и атмосферных вод.

Эволюция биосферы

Первый этап — возникновение и формирование биосферы, характеризуется развитием в гидросфере простейших водных организмов. Это были одноклеточные прокариоты (организмы, не имеющие оформленного ядра), которые в ходе эволюции разделились — на одноклеточных и многоклеточных, растения и животных, особей мужского и женского пола, продуцентов, консументов и редуцентов.
Постепенное увеличение в воде количества кислорода за счет жизнедеятельности организмов и его диффузия в атмосферу сделали возможным быстрое распространение жизни и развитие, обладающих оформленным ядром, клеток, что привело к эволюции более сложных живых систем.
Когда содержание кислорода около 700 млн. лет назад достигло примерно 8%, появились первые многоклеточные организмы.
Примерно 600 млн. лет назад произошел эволюционный взрыв новых форм жизни таких, как губки, кораллы, черви, моллюски, морские водоросли и др.
Таким образом, длительный период (3500 — 400 млн. лет назад) вода была главной средой жизни, а эволюция в ней дошла до высших растений и позвоночных животных.
Вторым этапом эволюции биосферы можно считать появление у гидробионтов паразитов (временных вредных сожителей) и симбионтов (постоянных полезных сожителей). Это привело к формированию второй среды жизни — организма. Явление симбиоза (и паразитизма) продолжало развиваться и с появлением новых сред жизни (воздух, почва).
Третий этап эволюции биосферы — выход организмов из водной среды на сушу, где под их непосредственным влиянием сформировались новые среды жизни — воздух и почва. Выход растений на сушу представлял собой настоящую революцию в истории биосферы, так как развитие окислительной атмосферы в результате фотосинтеза способствовало возникновению многоклеточности. обеспечило выход жизни на сушу. Образование почвы изменило структуру поверхностного слоя планеты, создав условия для мощного развития растительности. Это создало предпосылки для выхода на сушу различных животных. Началось формирование наземных позвоночных. Некоторые амфибии приобрели способность размножаться вне воды. Появились первые пресмыкающиеся. Насекомые начали завоевывать воздушную среду. 190 — 230 млн. лет назад на суше имело место взрывное развитие пресмыкающихся. Это было время динозавров. Около 190 млн. лет назад появились первые млекопитающие, птицы.
Таким образом, около 400 — 350 млн. лет тому назад в биосфере сформировались четыре среды жизни, существующие и поныне: вода, почва, воздух и организм. На протяжении последующей истории Земли шло развитие этих сред жизни, обогащался их химический состав, возникали новые обитатели.
Четвертым этапом эволюции биосферы следует считать появление живорождения у животных: до рождения развивающихся в специальных органах тела матери, а после рождения ведущих свободный образ жизни в воде, воздухе или почве.
Пятым этапом эволюции биосферы следует считать социальный, когда человек из обычного биологического вида стал биосоциальным существом. На данном этапе эволюции биосферы развивающийся человек все более активно входит в различные биоценозы и экосистемы. Он истребляет одни виды, приручает и окультуривает другие, создает новые сорта растений и породы животных.
Шестой этап эволюции биосферы связан с ее переходом под влиянием разумной деятельности человека в состояние ноосферы (сферы Разума). Развитие жизни (биогенез), по представлениям В.И.Вернадского, пойдет по пути развития разума (ноогенеза).
В связи с развитием общества и усилением его отрицательных воздействий на биосферу, особенно с наступлением эпохи научно-технической революции, приведшей биосферу в состояние глобального экологического кризиса, переход биосферы в ноосферу отодвинулся на неопределенное время. Техносферу не следует считать особым этапом развития биосферы, а лишь результатом воздействия человека на окружающую среду в условиях развития современного общества, одерживающего переход к ноосфере. Следует отметить, что предотвратить изменение среды невозможно, как невозможно остановить прогресс человеческого общества. Очевидно, необходимо так управлять процессами взаимоотношений между человеком и биосферой, чтобы они были взаимно выгодны и чтобы развитие общества не привело к деградации биосферы.

Итак, в процессе развития биосферы выделяют 3 уровня :
1) Биосфера (где человек воздействовал на природу незначительно).
2) Биотехносфера
Техносфера представляет собой совокупность искусственных объектов, созданных целенаправленной деятельностью человека, и природных объектов, измененных этой деятельностью. Современная биосфера - это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество - это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника - это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос - каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем, какими средствами избежать необратимых последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно, что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так, чтобы они были взаимовыгодны.
3) Ноосфера - сфера разума.
Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование - есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.

Труды выдающегося русского ученого-геохимика В.И. Вернадского заложили основы биогеохимии и учения о биосфере. Его достижения в естественных науках известны во всем мире и до сих пор вызывают интерес в научном мире. Особую популярность академику принесла монография, в которой он представил свою знаменитую концепцию о биосфере.

Учение Вернадского о биосфере

Биосфера — это наружная оболочка планеты, которая включает в себя все живые организмы и среду их обитания. В ее состав входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы и вся гидросфера.

Биосфера включает в себя всю поверхность земли, а также часть ее недр, в которых расположены породы, возникшие в результате деятельности живых организмов. Ученый впервые описал биосферу как динамичную систему, в которой живая и неживая природа Земли взаимодействуют, составляя единый целостный механизм.

Вернадский считал, что изучение человеческой природы и особенностей ее взаимодействия с окружающими миром необходимо начинать с самых основ. То есть с начала появления на Земле растений, зверей, людей и других организмов. Для этого в своих работах он изучал компоненты биосферы, ее границы, особенности развития и эволюционные процессы. Высший уровень развития биосферы Вернадский называл ноосферой, когда разумная деятельность человека является определяющим фактором развития жизни.

Таким образом, ученый сформировал учение, которое позволило применить новый подход к проблемам сохранения и развития жизни, а также к изучению самой планеты.

Сущность и состав биосферы

По Вернадскому биосфера состоит из:

живого вещества;
косного (неживого) вещества;
неживого биогенного вещества;
биокосного вещества.

Живое вещество в учении академика играет ведущую роль, представляя собой совокупность всех живых организмов, населяющих пространство планеты. Вернадский полагал, что химическая энергия биосферы в своей активной форме возникает у энергии Солнца совокупностью живым организмов — живым веществом земли. Из этого следует, что с прекращением жизни прекратятся и химические изменения на поверхности Земли, то есть в биосфере.

Количество живого вещества он называл биомассой, величина которой за все время почти не изменилась. Это означает, что все живые вещества, когда-либо проживавшие на Земле, не отличались друг от друга. При этом для сохранения жизни они нуждаются в воде, минеральных веществах, оптимальной температуре и др.

Косное вещество представляет собой совокупность таких веществ в биосфере, которые образуются в результате процессов, не связанных с участием живых организмов. К косным веществам относятся глубинные породы, выбрасываемые вулканами, магматические происхождения, осадочные породы и т.д.

Биогенными веществами Вернадский называл органические образования, возникшие в ходе деятельности живых существ современной и прошлых геологических эпох. Они представляют собой остатки умерших организмов и продуктов жизнедеятельности. К примеру, уголь, торф, газы атмосферы, мел, почвенный гумус и т.д.

Биокосное вещество возникает из взаимодействия живых организмов с косными неживыми веществами. К таким образованиям можно отнести почву, воду обитаемых водоемов, глинистые минералы и т.д.

Эмпирические обобщения В.И. Вернадского

Исследование Вернадского разрушило все прошлые представления о биосфере и составе земной коры, которых придерживались ученые прошлых поколений. Опираясь на свои наблюдения и факты, выявленные индуктивным методом, он составил эмпирическое обобщение, в основу которого легли следующие положение о биосфере:

Постоянное существование жизни подразумевает, что на протяжении всех геологических периодов не было эпохи, лишенной жизни. Из этого следует, что современные живые вещества генетически связаны с живыми организмами предшествующих периодов. При этом условия окружающей среды тоже не подверглись особенным изменениям.
Неизменность среднего химического состава живого вещества и земной коры, при которой не менялось и количество живых организмов.
Энергия, выделяемая организмами, представляет собой лучистую энергию Солнца. Через организмы она контролирует химические проявления земной коры.

Свойства биосферы по Вернадскому

Глубоко изучив природу биосферы, Вернадский выделил признаки, которые характеризуют ее наиболее полно.

Если вам нужна помощь в подготовке доклада об учении Вернадского или на любую другую тему, обращайтесь к специалистам сервиса ФениксХелп.

Биосфера (греч. bios - жизнь + sphaira - шар) - наружная оболочка Земли, населенная живыми организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Термин "биосфера" предложен австрийским геологом Э. Зюссом, учение о биосфере было создано и развито российским и советским ученым Вернадским Владимиром Ивановичем.

Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, это открытая система, структура и свойства которой определяются деятельностью организмов в прошлом и настоящем. Биосферу можно рассматривать как часть лито-, гидро- и атмосферы, заселенную живыми существами.

Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).

Границы биосферы

Общая толщина биосферы приблизительно 17 км. Живые организмы проникают вглубь литосферы на расстояние до 6-7 км, заселяют всю толщу гидросферы (до самого дна мирового океана). В атмосфере живые организмы встречаются в нижней части - тропосфере, которую сверху ограничивает озоновый слой (часть стратосферы).

Выше "озонового экрана" существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.

Вещество биосферы

Совокупность всех живых организмов на нашей планете. Именно Вернадский показал, что деятельность живых существ - важнейший фактор геологических изменений планеты.

Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.

Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.

Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.

К биокосному веществу относятся пресная и соленая вода, почва, воздух. Почва является верхним наиболее плодородным слоем литосферы Земли. Почва - уникальный продукт совместной деятельности живых организмов, то есть биологических и геологических процессов, протекающих в живой природе.

Функции живого вещества

Важнейший компонент биосферы - живое вещество, то есть - живые организмы. Их деятельность приводит к наиболее значительным геологическим изменениям в биосфере, они обеспечивают круговорот веществ - главное условие зарождения новой жизни.

Живые организмы постоянно получают и преобразуют энергию. Растения преобразуют энергию солнечного света в энергию химических связей, а животные передают ее по цепочке. После смерти растений и животных энергия возвращается в круговорот благодаря бактериям и грибам - сапротрофам (греч. sapros – гнилой), разлагающим мертвое органическое вещество.

Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.

Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?

Это связано с тем, что каждое живое существо избирательно накапливает определенные химические элементы. К примеру, многие моллюски накапливают кальций, образуют известковый скелет - раковину. После их смерти раковины опускаются на дно, в результате чего создаются залежи полезных ископаемых - известняка (мела).

В результате жизнедеятельности мха сфагнума образуется полезное ископаемое - торф, а папоротниковидные образуют каменный уголь. Это концентрат углеродистых и кальциевых соединений в погибших растениях, которые тысячелетиями отмирали и образовали залежи ископаемых.

Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.

Без разрушения "старой" жизни, невозможно возникновение "новой". После смерти живых существ их останки подвергаются разрушению, из них высвобождается энергия, накопленная в связях химических веществ. Непрерывный круговорот должен продолжаться всегда - это главное условие жизни.

Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.

При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.

Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.

Все атомы, которыми мы обладаем, которые стали частью наших рук, глаз, носа, языка - все эти атомы кому-то принадлежали до нас! За миллиарды лет существования Земли они успели побывать в мириадах растений, грибов и животных. То, что наши атомы сейчас с нами - великое чудо и немыслимая случайность.

Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.

Ноосфера

Ноосфера (греч. noos - разум и sphaira - шар) - термин введенный русским ученым В.И. Вернадским. Ноосфера подразумевает взаимодействие природы и общества, при котором человек является главным определяющим фактором эволюции. Человек становится крупнейшей геологической силой.

Споры о том, можно ли считать современный этап развития цивилизации ноосферой остаются открытыми. Основная идея ноосферы - разумное, рациональное поведение человека, при котором он сосуществует в гармонии со всеми другими формами жизни.

К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: "Пока не потеряешь, не осознаешь ценность". Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.

Круговорот веществ

Углерод находится в природе в основном в составе углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей - карбоната кальция (из которого состоят раковины моллюсков). Отмирая, живые организмы образуют залежи полезных ископаемых: торф, древесину, каменный уголь, нефть. Известняк может надолго исключить углерод из круговорота веществ.

Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек "вернул их в строй" вместе с выхлопными газами.

Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.

Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).

В листьях в процессе биосинтеза азот преобразуется в белки. Травоядные животные поедают растения, таким образом, белок включается в их состав. После смерти животных белки разлагаются сапротрофами, которые выделяют аммиак, нитраты. Часть нитратов усваивается растениями, а часть восстанавливается бактериями до атмосферного азота - цикл замыкается.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Читайте также: