Закон биогенной миграции атомов в и вернадского реферат
Обновлено: 05.07.2024
Живые организмы принимают непосредственное участие в геохимической миграции, в ходе которой химические элементы поглощаются организмами, а также оказывают на нее значительное косвенное влияние, создавая определенные условия среды, в которой происходит миграция. Перемещение химических элементов в земной коре и на её поверхности, связанное с живыми организмами, называют биогенной миграцией.
«Миграция атомов резко по скорости различна для микробов и одноклеточных организмов, с одной стороны, и многоклеточных - с другой. Мы должны различать в связи с этим при явлениях размножения и роста две различные биогенные миграции атомов:
1. Биогенную миграцию атомов 1-го рода для микроскопических одноклеточных и микробов огромной интенсивности, связанную с малым их объёмом и весом.
Низшие организмы - необходимая составная часть целостной системы органического мира, основа его существования и развития, без которой невозможен внутренний обмен между членами этой системы. Органический мир представляется в виде сети взаимодействующих видов, охватывающей практически весь земной шар. Высшие организмы выделяются как сгустки живого вещества, концентраторы продуктов синтеза низших форм. Многоклеточные становятся как бы кладовыми органического синтеза, в силу чего они приобретают функцию своеобразных инициаторов новых форм биохимической активности низших организмов (поставляя всё новые и новые субстраты). Они создают предпосылки для проникновения одноклеточных в биотопы, ранее ими не освоенные.
В.И. Вернадский отметил, что важное значение имеет набирающая темпы биогенная миграция атомов 3-го рода – идущая под влиянием жизни человека, его воли, разума в окружающей среде, вызываемая человеческим трудом и резко отделяющая Homo Sapiens от всего живого вещества.
Вторая биогеохимическая функция связана с разрушением тела живых организмов после их умирания - химическим превращением живого вещества после его умирания в косное. При этом переходе есть промежуточная стадия - биокосное тело в течение какого-то геологического времени, так как первая переработка совершается биогенным путём микробами, бактериями и грибами. А в конце наступают реакции, в которых микробы отсутствуют или играют второстепенную роль.
В своих научных работах В.И Вернадский отметил, что биогенное происхождение всей земной поверхности свидетельствует о том, что жизнь - созидающая сила на планете. Серьезные нарушения этой силы, в том числе уничтожение видов, могут привести к непредсказуемым последствиям.
Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция) или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.[ . ]
Закон биогенной миграции атомов имеет важное теоретическое и практическое значение. Согласно ему понимание общих химических процессов на поверхности планеты, в атмосфере над нею и в заселенных организмами ее глубинах, а также в слоях, сложенных прошлой деятельностью организмов, невозможно без учета биотических и биогенных факторов, в том числе эволюционных. Поскольку люди очень сильно воздействуют прежде всего на биосферу и ее живое население, они тем самым изменяют условия биогенной миграции атомов, создавая предпосылки для еще более глубоких химических сдвигов в исторической перспективе. Таким образом, процесс может стать саморазвивающимся, не зависящим от желания человека и практически (при глобальном размахе) неуправляемым. Отсюда одна из самых насущных потребностей — сохранение живого покрова Земли в относительно неизменном состоянии. Тот же закон определяет и необходимость учета прежде всего воздействий на биоту при любых проектах преобразования природы. В этом случае происходят региональные и локальные изменения в химических процессах, при любых крупных ошибках ведущие к деградации среды — опустыниванию.[ . ]
Поскольку, по закону биогенной миграции атомов В. И. Вернадского, миграция химических элементов в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества (разд. 3.10), существующее экологическое равновесие определяет как нынешнюю геохимическую ситуацию, так и ту, что сложится в будущем. При этом законы сложения геохимической картины ближайшей и более отдаленной перспективы известны очень мало, если вообще мы что-то знаем с достаточной для практики степенью подробности.[ . ]
Живое вещество, согласно закону биогенной миграции атомов, является энергетическим посредником между Солнцем и Землей. При постоянном потоке солнечной энергии и относительной неизменности на протяжении миллиардов лет общей энергетики нашей планеты либо количество живого вещества должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики, что в свою очередь исключается законом физико-химического единства живого вещества.[ . ]
Количество живого вещества в биосфере, как известно, не подвержено заметным изменениям. Эта закономерность была сформулирована в виде закона константности количества живого вещества В. И. Вернадского: количество живого вещества биосферы для данного геологического периода есть константа. Практически данный закон является количественным следствием закона внутреннего динамического равновесия для глобальной экосистемы — биосферы. Поскольку живое вещество в соответствии с законом биогенной миграции атомов есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то его количество или должно быть постоянным, или должны меняться его энергетические характеристики. Закон фи-зико-химического единства живого вещества (все живое вещество Земли физико-химически едино) исключает значительные перемены в последнем свойстве. Отсюда для живого вещества планеты неизбежна количественная стабильность. Она характерна в полной мере и для числа видов.[ . ]
Потери в составе живого вещества могут привести к авральному разрушению биогеохимической системы планеты, в чем и проявляется действие закона биогенной миграции атомов Вернадского. Глобальное искажение биогеохимических циклов грозит тем, что природа станет иной, не той, к которой приспособлено современное хозяйство. Понадобится грандиозная перестройка. Мировое сообщество сейчас активно обсуждает, как добиться устойчивого, равновесного, неистощимого развития хозяйства. Потомкам в результате нынешних воздействий человека грозит природно-ресурсная нищета, истощение естественных ресурсов.[ . ]
Общие закономерности организации биосферы. Биосферу формируют в большей степени не внешние факторы, а внутренние закономерности. Важнейшим свойством биосферы является взаимодействие живого и неживого, нашедшего отражение в законе биогенной миграции атомов В. И. Вернадского, и рассмотрено нами в п. 12.6.[ . ]
Сбережение целостной ткани живого вещества, которому мы уделяем большее внимание, нежели физическим и химическим компонентам, столь же, если не более, необходимо, чем сохранение физико-химических балансов в биосфере. Живое вещество в значительной мере выступает в этой земной оболочке как управляющая система (это следует из закона биогенной миграции атомов В. И. Вернадского, разд. 3.10). Подчеркивать этот аспект приходится потому, что все еще существует недопонимание того факта, что в природе нет ничего несущественного, чем можно пренебречь. Это тем более так, что многие природные элементы входят в состав потребностей человека (см. главу 7) как необходимая их составная часть.[ . ]
Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества(биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.
2. Лимитирующие факторы среды.
Закон толерантности Шелфорда: Любой живой организм имеет генетически определенные верхний и нижний пределы устойчивости(толерантности) к любому экологическому фактору.
Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов в биосфере, их ареалы.
3. Классификация биотических факторов.
Биотические факторы – совокупность влияния жизнедеятельности одних организмов на другие.
Среди биотических обычно выделяют группы факторов, обусловленных влиянием:
-животных организмов – зоогенные факторы
-растительных организмов – фитогенные факторы
-человека – антропогенные факторы
4. Типы взаимоотношения организмов при гетеротипических реакциях.
Гетеротипические реакции – взаимоотношения между особями разных видов, обитающих в одном биоценозе. Влияние, которое оказывают друг на друга два или более видов, живущих вместе, может быть нейтральным(нейтрализм), благоприятным(симбиоз, мутуализм), или неблагоприятным(хищничество, паразитизм, межвидовая конкуренция и др.).
Нейтрализм – взаимоотношения между видами, занимающими одну территорию, но почти не оказывающими влияние друг на друга(Лоси и белки, проживающие в одном лесу).
Хищники – животные, питающиеся другими животными организмами
Паразиты – на всех стадиях своего развития существуют за счет органического вещества, получаемого от других организмов, и обитают или на поверхности(эктопаразиты) или на внутренних органах(эндопаразиты) других организмов, являющихся хозяевами.
Симбиоз - тип взаимоотношений организмов разных систематических групп, благоприятных для их роста и выживания.
5. Закон В.И. Вернадского
Миграция химических элементов на земной поверхности биосферы осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом.
6. Функции живого вещества в биосфере по Вернадскому
Газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, биохимическая, биогеохимическая деятельность человека.
7. Под гомотопическими реакциями понимают взаимодействия между особями одного вида.
Эффект группы — это влияние группы как таковой и числа индивидуумов в группе на поведение, физиологию, развитие и размножение особей, вызванное восприятием присутствия особей своего вида через органы чувств. Многие насекомые (сверчки, тараканы, саранчовые и др.) в группе имеют более интенсивный, чем при жизни поодиночке, метаболизм, быстрее растут и созревают.
Эффект массы в отличие от эффекта группы не связан с восприятием особями одного вида присутствия друг друга. Он вызывается изменениями в среде обитания, происходящими при увеличении численности особей и плотности популяции.
К гомотопическим реакциям кроме группового и массового эффектов относится еще одна форма взаимодействия между особями одного вида — внутривидовая конкуренция. Различают две основные формы конкуренции — прямую и косвенную. Прямая конкуренция, или интерференция, осуществляется путем прямого влияния особей друг на друга, например при агрессивных столкновениях между животными или при выделении токсинов (аллелопатия) у растений и микроорганизмов.
Косвенная конкуренция не предполагает непосредственного взаимодействия между особями. Она происходит опосредованно — через потребление разными животными одного и того же ресурса, который обязательно должен быть ограниченным.
8. Баланс солнечной радиации в биосфере
Почти вся энергия, получаемая поверхностью Земли, исходит от Солнца. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество энергии. На верхней границе атмосферы Земли солнечная радиация составляет около 2 кал/см2 в мин (так называемая солнечная постоянная).Баланс солн. радиации: из 100%. 42% отражаются в космическое пространство, 15%-нагревание атмосферы, 43% достигает поверхности Земли, 27%-прямая, 16%- рассеянная.
9. Принцип Олли.
Для каждого вида существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции; как перенаселенность, так и недонаселенность оказывают неблагоприятное влияние.
10. Какая часть атмосферы входит в состав биосферы
Биосфера включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы.
На первой стадии - световой - происходит фотолиз воды (разложение молекулы воды под действием света до атомов водорода и молекул кислорода) и образуются универсальные переносчики энергии в клетках органические молекулы АТФ (аденозинтрифосфат).
Фотосинтетические пигменты растений могут усваивать только часть солнечной радиации. Эта часть называется фотосинтетически активной радиацией (ФАР) и в основном соответствует спектральной полосе видимого света (диапазон длин волн от 400 до 700 нм), что составляет 50 % от суммарной энергии солнечного излучения. Хлорофилл и другие пигменты поглотают энергию, сосредоточенную в диапазоне длин волн 400. 500 нм (синяя часть спектра) и 610.. .690 нм (красная часть спектра).
12. Особые свойства воды
Из всех жидких и твердых веществ у воды наибольшая теплоемкость. Благодаря этому биохимические процессы в клетках живых организмов протекают в стабильных условиях, что обеспечивает их высокую эффективность. Вода обладает наибольшим поверхностным натяжением из всех известных жидкостей, за исключением ртути, что имеет огромное значение для жизни растительного мира, так как поверхностное натяжение и плотность воды определяют высоту, на которую она может подниматься в капиллярных системах проводящих тканей у растений.
Вода является превосходным растворителем для многих веществ. Когда вещество переходит в раствор, его молекулы и ионы получают возможность двигаться более свободно и, соответственно, его реакционная способность возрастает. По этой причине в клетке большая часть химических реакций протекает в водных растворах.
Большая теплота испарения воды, обусловленная водородными связями в молекулах воды, также играет очень важную роль в жизнедеятельности организмов. Испарение сопровождается охлаждением поверхности тела. Это используется при потоотделении (у животных), при транспирационном охлаждении листьев (у растений).
Первостепенное значение во всех проявлениях жизнедеятельности имеет водный обмен между организмами и внешней средой. Степень насыщения воздуха и почвы водяными парами (влажность) имеет большое значение для обитателей суши и нередко является фактором, лимитирующим распространение и численность организмов Земли. Например, степные и особенно лесные растения требуют повышенного содержания паров в воздухе, растения же пустынь приспособились к низкой влажности. Перечислим важные биологические функции воды. У всех организмов вода обеспечивает поддержание структуры (высокое содержание воды в протоплазме), служит растворителем и средой для диффузии, участвует в реакциях гидролиза, служит средой, в которой проходит оплодотворение. У растений вода обеспечивает поддержание структуры, а также транспорт неорганических ионов о органических молекул, прорастание семян (набухание разрыв семенной кожуры и дальнейшее развитие), участвует в фотосинтезе (на молекулярном уровне) и транспирации, т.е. испаряется с поверхности листьев, охлаждая их.
У животных вода обеспечивает транспорт веществ внутри организма, способствует охлаждению тела (потоотделение), служит одним из компонентов смазки (например в суставах), обеспечивает опорные функции (гидростатический скелет), выполняет защитную функцию.
13. Закон Либиха
14. Закон Гаузе.
Победителем в конкурентной борьбе оказывается тот вид, который в данной экологической обстановке имеет хотя бы небольшие преимущества перед другим видом, а следовательно, и бОльшую приспособленность к условиям окружающей среды.
15. Экологическая пластичность видов
Таким образом, для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны, пределы устойчивости или выносливости и летальные зоны для каждого экологического фактора среды.
Зоны оптимума для различных видов неодинаковы. Организмы, выдерживающие большие вариации значений действующего фактора без существенных изменений процессов жизнедеятельности, относятся к группе эврибионтов (от греч. eurys - широкий и греч. bion - элемент жизни), а организмы с узким пределом выносливости по отношению к этому же фактору называются стенобионтами (от греч. stenos узкий). Свойство организмов адаптироваться к тому или иному диапазону зону факторов среды называется экологической пластичностью или экологической валентностью. Чем шире диапазон значении экологического фактора, в пределах которого данный организм может существовать, тем больше его экологическая пластичность.
16.Закон толерантности Шелфорда: Любой живой организм имеет генетически определенные верхний и нижний пределы устойчивости(толерантности) к любому экологическому фактору
17.Какие факторы окружающей среды являются лимитирующими
в наземных и водных экосистемах.
Любое условие среды, приближающееся к пределу устойчивости(толерантности) или превышающее его, называется ограничивающим( лимитриующим) условием , или лимитриующим фактором.
При стационарном(стабильном) состоянии экологических факторов лимитирующим будет тот из них , значение которого наиболее близко к необходимому минимуму. Эта концепция известна как “Закон минимума” Либиха.
Любой животный организм имеет генетически определенный верхний и нижний пределы устойчивости к любому экологическому фактору.
18. Балансовое уравнение фотосинтеза. В каком диапазоне длин волн солнечного света работает хлорофилла.
Хлорофилл и другие пигменты поглощают энергию, сосредоточенную в диапозоне длин волн 400…500 нм(синяя часть спектра) и 610…690 нм ( красная часть спектра)
19. Понятие о групповом эффекте.
Групповой эффект выражается в повышении жизнеспособности организмов при их объединении в группы. При совместном обитании особей одного вида животных облегчаются поиски пищи, борьба с врагами. Важные проявления этого эффекта – значительное ускорение роста и высокая выживаемость особей.
Многие виды могут нормально размножаться и выживать только ,если представлены достаточно крупными популяциями.
20. Экологические факторы: классификация по направленности действия.
Под экологическим фактором понимают любой элемент или свойство среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы
а) Абиотические - факторы неживой природы, или физикохимические факторы)
б) Биотические - факторы живой природы(Влияние одних организмов на другие)
в) Антропогенные – факторы, обусловленные человеческой деятельностью. Среди них выделяют антропогенные факторы прямого действия(охота, вырубка лесов) и антропотехногенные( процессы урбанизации территорий)
По направлению действия:
а). Направленного действия – обычно изменяются в одном направлении(потепление и похолодание, зарастание водоемов)
б) Неопределенного действия – антропогенные факторы, действие которых изменяется в зависимости от их концентрации или интенсивности воздействия
21. Гипотеза Геи.
Гипотеза Геи (англ. Gaia hypothesis) — теория о Земле как суперорганизме, который в результате саморегуляции способен поддерживать основные параметры среды на постоянном уровне. Так, при различных уровнях энергии, поступающей от Солнца, температура поверхности планеты может оставаться приблизительно на одном уровне. Предложена в 1970-х годах британским экологом Джеймсом Лавлоком.
22. Типы ультрафиолетовой радиации (УФ) и их доля в общем балансе солнечной радиации.
Биологические эффекты ультрафиолетового излучения в трёх спектральных участках существенно различны, поэтому биологи иногда выделяют, как наиболее важные в их работе, следующие диапазоны: Ближний ультрафиолет, УФ-A лучи (UVA, 315—400 нм) УФ-B лучи (UVB, 280—315 нм) Дальний ультрафиолет, УФ-C лучи (UVC, 100—280 нм) Практически весь UVC и приблизительно 90 % UVB поглощаются озоном, а также водяным паром, кислородом и углекислым газом при прохождении солнечного света через земную атмосферу. Излучение из диапазона UVA достаточно слабо поглощается атмосферой. Поэтому радиация, достигающая поверхности Земли, в значительной степени содержит ближний ультрафиолет UVA и в небольшой доле — UVB.
23. Особенности воздействия разных типов УФ на здоровье человека.
Воздействие ультрафиолетового излучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи к загару, приводит к ожогам. Ультрафиолетовое излучение может приводить к образованию мутаций (ультрафиолетовый мутагенез). Образование мутаций, в свою очередь, может вызывать рак кожи (меланому) и преждевременное старение. Ультрафиолетовое излучение практически неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки). Мягкий ультрафиолет (300-380 нм) воспринимается сетчаткой как слабый фиолетовый или серовато-синий свет, но почти полностью задерживается хрусталиком, особенно у людей среднего и пожилого возраста.
24. Влияние факторов среды на жизнедеятельность организмов (пределы выносливости).
Предел выносливости - граница, за пределами которой существование организма невозможно. Для всех организмов и для каждого вида существуют свои границы по каждому экологическому фактору отдельно, т. е. разная величина толерантности (выносливости). Эврибионты имеют широкую экологическую амплитуду, стенобионты -узкую.
25. Понятие о массовом эффекте.
Массовый эффект - чрезмерная переуплотненность некоторых видов животных, нежелательная для них самих. Пример: в середине 20 века над Китаем в результате истребления воробьев начала развиваться численность червей, но, в результате, из-за этого обеднели земли и через пятнадцать лет черви практически все вымерли.
26. КПД фотосинтеза в наземных и водных экосистемах.
КПД фотосинтеза-% солнечной энергии,поглощаемой растениями, расходуемой на процесс фотосинтеза.
Для водной среды -0,04%
27. Из каких веществ состоит биосфера по В.И.Вернадскому.
-Косное вещество – геологические образования, не созданные живыми организмами
-Живое вещество – вся совокупность биологической массы живых организмов на Земле
-Биокосное вещество – комплексы тесно взаимодействующих элементов живого и косного вещества, например почва
-Биогенное вещество – геологические породы, созданные в результате жизнедеятельности живых существ(известняки, песчаники, железные руды, каменный уголь, нефть)
(сокращённо Мохо) — нижняя граница земной коры, Поверхность граница раздела между земной корой и мантией Земли; выявлена в 1909 югославским сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936).
Поверхность, как правило, повторяет рельеф местности. В общих чертах форма поверхности Мохоровичича представляет собой зеркальное отражение рельефа внешней поверхности литосферы: под океанами она выше, под континентальными равнинами — ниже.
(Литосфера Земли состоит из двух слоев: земной коры и части верхней мантии. Границей между ними является т.н. граница Мохоровичича, кот.-я прослеживается по всему Земному шару на глубине от 5 до 70 км,а граница биосферы в литосфере: 3,5—7,5 км. МОЖЕТ,ЧАСТИЧНО является частью бисферы?
29. Законы Коммонера.
1)Все связано со всем(все что происходит в одной части экосистемы, оказывает влияние и на другие)
2)Все должно куда-то деваться(отходы)
3)Природа знает лучше(пр. река Темза)
4)Ни что не дается даром(за все надо платить)
30. Понятие об экологической нише.
Каждый вид или его части(популяции) занимают определенное место в окружающей их среде. Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе.
Критерии определения экологической ниши:
-Многомерная ниша – диапазон всех условий, в которых живет и воспроизводит себя особь или популяция.
Экологическая ниша организма определяется как n-мерный гиперобъем, охватывающий
полный диапазон условий, в которых организм может успешно воспроизводить себя.
Фундаментальная ниша – совокупность оптимальных для организма условий, организм мог бы ее занимать в отсутствие врагов или конкурентов. В условиях существования в сообществе он занимает реализованную нишу.
31. Виды взаимодействия факторов (аддитивность, антагонизм, синергизм).
В общем виде взаимодействие различных факторов, влияющих на один и тот же организм или группу организмов, может сводиться либо к суммированию эффектов их влияния(аддитивность), либо к обоюдному усилению из воздействия(синергизм). Возможно также взаимное ослабление эффектов влияния факторов на организмы(антагонизм).
32. Какие обязательные условия должны быть на планете Земля для образования озонового слоя. Какие диапазоны УФ задерживает озоновый экран. Вреден ли УФ для здоровья населения.
В стратосфере на высоте 15..30км находится озоновый слой, где под воздействием высокочастотного ультрафиолетового излучения молекула кислорода О2 раскалывается на атомы, и в результате взаимодействия с молекулами кислорода образуется озон О3. Озоновый слой защищает от ультрафиолетового излучения с длиной волны до 300нм. У населения вызывает рак, заболевания кожи т др.
33. Что происходит в световую фазу фотосинтеза
На световой стадии происходит фотолиз воды(разложение молекул воды под действием света до атомов водорода и молекул кислорода) и образуются универсальные переносчики энергии в клетках – органические молекулы АТФ.
34. Что происходит в темновую фазу фотосинтеза
В темновую фазу проходит ряд последовательных реакций, которые не требуют наличия света. В результате этих реакций молекулы углекислого газа вовлекаются в цикл Кальвина(восстановления углекислоты при фотосинтезе) и образуется органическое вещество клетки с использованием ранее накопленной энергии в молекулах АТФ.
35. Принцип,достоинства и недостатки кислородного метода определения первичной продукции
Кислородный метод. При кислородном методе берутся три пробирки с одинаковым количеством образца, одна из которых ставится на свет, а вторая - в темноту, третья служит как контрольная. В результате снимают данные с "темной" пробирки - Т, со "светлой" - С, и с контрольной - К. В результате дыхание определяют как К-Т, валовой объем фотосинтеза - как С - Т, а чистый объем - как С-К.
Очень низкая точность определения
36. Принцип,достоинтства и недостатки радиоуглеродного метода определения первичной продукции
В смесь добавляют раствор карбоната натрия известной моляльности и титра, но который содержит радиоактивный углерод ¹⁴С. В результате, зная начальную радиоактивность, и радиоактивность в конце, по специальным таблицам вычисляют долю углерода, потраченного на фотосинтез.
Биогенная миграция атомов – это особый вид круговорота в природе химических веществ, происходящий за счет процессов жизнедеятельности живых организмов. Под жизнедеятельность понимается их дыхание, питание, размножение, накопление и расщепление органических элементов.
Что такое биосфера
Знаменитый на весь мир академик В. И. Вернадский впервые ввел понятие биосферы. Расшифровал он его как живую оболочку земли. Данная область жизни появилась в результате взаимодействия живых и неживых веществ. При этом все живые организмы являются главной функцией биосферы и связаны с ней всеми возможными способами.
Живые организмы являются совокупностью всех живых веществ на планете, существующих на данный момент. Каждый из них имеет свой вес, энергию и элементарный химический состав.
По словам Вернадского, все живое вещество связано с окружающей средой токами атомов, биогенная миграция которых происходит вследствие воздействия солнечной энергии.
Основными функциями биосферы являются размножение, рост и обмен веществ живых организмов.
Основы биогенной миграции
Биогенная миграция атомов проявляется в виде круговорота веществ в природе. Биогенами называют элементы, которые участвуют в данном процессе. Сюда относятся такие вещества, как кислород, водород, азот, углерод, фосфор, железо, марганец, цинк, кальций, калий и многие другие неорганические соединения.
На самом деле в природе существует огромное количество изотопов химических элементов, но далеко не все из них входят в состав живых организмов.
Известно, что все живые организмы обладают уникальной особенностью накапливать химические элементы и их соединения. При этом в составе живого можно встретить не только широко распространенные элементы, но также и очень редко встречающиеся. Что очень интересно, концентрация их в живой материи намного выше, чем просто в окружающем пространстве. Например, растения содержат в двести раз больше углерода, чем его содержит земная кора, и в тридцать раз больше азота.
При этом каждая разновидность живых организмов имеет в себе разное количество химических элементов. Например, железные бактерии накапливают в себе просто огромное количество железа, в то время как корненожки накапливают кальций, а водоросли - йод.
Биогенная миграция атомов приводит к тому, что под влиянием живых организмов может изменяться валентность химических элементов. А также образуются новые типы химических веществ. Примерно сорок самых известных микроэлементов принимают активное участие в таком процессе, как биогенная миграция атомов. И человек является тому прямым подтверждением.
Закон биогенной миграции атомов
Данный закон введен академиком Вернадским и имеет очень важное теоретическое и практическое значение. Согласно ему, все химические процессы, происходящие на нашей планете, тесно взаимосвязаны с настоящей и прошлой деятельностью микроорганизмов и невозможны без учета биогенных и биотических факторов. Также сюда можно отнести и влияние эволюционных процессов.
Стоит учитывать, что люди имеют очень большое влияние на биосферу Земли, в частности на все ее живое население, поэтому они способны внести значительные изменения для такого процесса, как биогенная миграция атомов в биосфере.
Согласно данному закону, каждое живое существо является посредником между Солнцем и Землей. При этом, учитывая постоянный солнечный поток, а также относительную неизменность энергетики планеты, можно сделать вывод, что количество живого вещества должно быть постоянным. Такая закономерность была описана Вернадским в его трудах.
О биогеохимических циклах
Биогеохимические циклы – это особая циркуляция химических веществ в биосфере. Здесь решающую роль играют живые организмы. Для жизнедеятельности всех живых организмов нужны определенные питательные вещества, способные давать жизнь. Существует две группы таких элементов: макротрофы и микротрофы.
К макротрофным веществам относятся такие составляющие, которые создают химическую основу всех тканей у живых организмов. Сюда можно отнести калий, кальций, фосфор, кислород, углерод, водород, серу, магний и другие элементы.
А вот к микротрофным веществам относятся микроэлементы и их соединения, необходимые для существования живых организмов в очень маленьком количестве. К микроэлементам относятся цинк, медь, марганец, хлор, железо.
Кроме этого, все биогенные или питательные вещества могут неоднократно использоваться в биосфере. Ведь запасы биогенных микроэлементов не постоянны. Некоторое их количество связано и входит в состав живой биомассы. А это, в свою очередь, значительно снижает количество элементов, остающихся в экосистеме.
Если бы растения и другие живые организмы не участвовали в процессах разложения, то запас всех питательных веществ в мире уже бы давно исчерпался, а значит, и жизнь на планете Земля давно бы прекратилась.
Рассмотрим, как проходят биогеохимические циклы некоторых элементов.
Цикл углерода
Одним из самых важных источников углерода является углекислый газ, содержащийся в составе атмосферы, а также растворенный в воде. Данное вещество используется растениями для синтеза органических соединений.
Во время процесса фотосинтеза углекислый газ способен превращаться растениями в питательные органические вещества, которые служат основной пищей животным.
Такие процессы, как сгорание топлива, брожение и дыхание, способны возвращать данное вещество в окружающую среду. Согласно подсчетам ученых, в атмосфере содержится около семисот миллиардов тонн данного вещества, в то время как в гидросфере – около пятидесяти тысяч миллиардов тонн. Ежегодно в результате процесса фотосинтеза прирост растительной массы в воде и на суше составляет сто восемьдесят и пятьдесят миллиардов тонн соответственно.
Цикл азота
Биогеохимические циклы азота происходит под воздействием различных химических и биологических влияний. Например, нитратный азот может превращаться в белковый, затем переходить в мочевину, превращаться в аммиак и снова возвращаться в нитратную форму.
Цикл фосфора
Самым простым биогеохимическим циклом в природе является цикл фосфора. Его основные запасы содержатся в горных породах, которые под воздействием эрозии отдают свои фосфаты различным экосистемам.
Такие фосфаты используют растения, и с их помощью синтезируют органические вещества. Растениями питаются другие организмы. Так вот, когда они умирают и разлагаются, фосфаты снова возвращаются в почву и снова служат удобрениями для растений.
Биогенные принципы Вернадского
Под биогенной миграцией атомов понимают перемещение веществ, а также соединение их по цепям питания экосистемы. Согласно академику Вернадскому, биогенная миграция подчиняется трем очень важным принципам. Рассмотрим, о чем же говорил ученый:
- Биогенная миграция всегда стремится к ее максимальному проявлению.
- Все живые вещества биосферы находятся в постоянном и непрерывном химическом обмене с космосом. А также они создаются и поддерживаются энергией Солнца.
- Эволюционирование видов, способствующее появлению новых устойчивых форм живых организмов, приводит к ускорению биогенной миграции атомов в биосфере. Способствует этому ускоренное преобразование химических элементов.
Понятие биологического круговорота
Для того чтобы жизнь на Земле бесконечно продолжалась, все органические вещества должны вращаться по замкнутой кривой.
Биологический круговорот – это единственный способ организации жизни. Благодаря распаду всех организмов, другие организмы получают свое питание. Поэтому каждый живой организм, независимо от его вида, является звеном в цепочке питания. Распадаясь, все живые существа отдают свои элементы другим формам жизни. Не стоит недооценивать роль микроорганизмов. Именно они превращают остатки животных и растений в элементарные органические вещества, используемые зелеными растениями для синтеза новой органики.
Биологический круговорот веществ обеспечивается результатами распада. Сложные соединения начинают распадаться, высвобождая при этом энергию и теряя запасы информации, а образованные новые неорганические вещества начинают всю цепочку заново. Благодаря микроорганизмам биосфера способна к естественной саморегуляции.
Звеньями биологического круговорота являются живые организмы, принадлежащие разным систематическим группам. Они способны взаимодействовать между собой благодаря большому количеству разнообразных связей. Стоит учитывать, что все живые вещества биосферы участвуют в круговороте благодаря пищевым цепочкам.
Какие функции выполняют живые вещества в биосфере
В основе биогенной миграции атомов лежит перемещение веществ. Так вот, ученые, проанализировав все свойства такой миграции, смогли сделать выводы о том, какие же функции выполняют все живые вещества на планете Земля. Рассмотрим их:
- Энергетическая. Живые организмы способны аккумулировать питательные вещества, полученные из пищи по трофическим цепочкам.
- Транспортная. Каждый организм способен переносить органику.
- Концентрационная – организмы накапливают питательные вещества в ходе своей жизнедеятельности и используют их при строении своего тела.
- Средообразующая. Все живое способно преобразовывать химические и физические параметры окружающей среды.
- Деструктивная. Участвуют в процессе минерализации неорганических веществ.
Эволюционная теория происхождения жизни на Земле
Эволюцией можно назвать необратимые процессы исторических изменений жизни. Данная теория построена на четырех принципах:
- Избыточное потомство. Все биологические виды живых организмов очень быстро размножаются. Однако далеко не все потомство выживает, поэтому все популяции находятся в стабильности.
- Борьба за выживание также способствует контролю численности популяции.
- Наличие несущественных различий. Так как все живые особи индивидуальны, одни виды имеют больше шансов на выживание, в то время как другие меньше.
- Наследственность. Наследственная информация передается через родителей к потомству. Так вот, благодаря некоторым наследственным различиям, некоторые особи больше способны к выживанию, чем другие.
Выводы
Под биогенной миграцией атомов понимают перемещение веществ. Данный процесс бесконечен и цикличен, поэтому жизнь на Земле существует и до наших времен. В результате активной деятельности человека все созидательные процессы на Земле начинают разрушаться.
Читайте также: