Мои Конспекты
Главная | Обратная связь


Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

Строение биосферы



Лекция 4

 

Учение о биосфере. Ресурсы биосферы и пути их рационального использования

 

Правильно понять, найти рациональное решение проблемы взаимодействия системы «общество – техника – природа» помогает учение о биосфере, принадлежащее русскому ученому Владимиру Ивановичу Вернадскому.

Биосфера – наружная оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых организмов.

Биосферу Вернадский рассматривал как качественно отличную оболочку Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.

Согласно Вернадскому, жизнь подчиняет себе другие планетарные процессы, определяет химическое состояние наружной коры нашей планеты. Живые организмы, существующие, стареющие и умирающие в течение сотен миллионов лет, порождают всеобщий планетарный процесс – миграцию химических элементов, движение земных атомов. Живое вещество рассматривается Вернадским в качестве носителя свободной энергии в биосфере.

Вернадский рассматривает биосферу не как любую совокупность живых организмов, а как единое пространство, в котором сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды.

Биосфера по Вернадскому представляет собой сложную природную систему и включает:

1. «живое вещество», т.е. множество живых организмов.

2. «биогенное вещество», т.е. органоминеральные или органические продукты, созданные живым веществом (каменный уголь, торф, подстилка, гумус - верхний плодородный слой почвы).

3. «биокосное вещество», созданное живыми организмами вместе с неживой природой (вода, атмосфера, осадочные породы).

4. «косное вещество», образованное без участия живых организмов (магматические горные породы).

 


Строение биосферы

 

м Ионосфера

100000

       
 
   
Мезосфера Стратосфера Озоновый экран
 


60000



Эверест
10000

8848

Биогеосфера («пленка жизни»)
6000

2000 Леса, луга

0

-10

-100

-200

Нефтяные воды (присутствие бактерий)
-1000

-3000

Филиппинская впадина
-10000

 

 

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу – океаны, моря, поверхностные воды суши, а также верхнюю часть литосферы. Верхней границей биосферы является озоновый слой (20-30 км от земной поверхности), а её нижняя граница не опускается в литосферу ниже 2-3 км.

В пределах биосферы выделяют две категории слоев: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (эубиосферу), а также расположенные выше и ниже ее соответственно парабиосферу и метабисферу. В эти слои организмы могут попадать лишь случайно.

Озоновый экран – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий наибольшую плотность озона на высоте 22-26 км. Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7-8 км, у экватора – 17-18 км, а максимальная высота присутствия озона – 45-50 км. Выше озонового экрана существование жизни без специальной защиты невозможно из-за жёсткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Метабиосфера не опускается ниже 10-15 км, а нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов. К биосфере, например, относятся некоторые полезные ископаемые, в частности каменный уголь – продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи. С учетом протяженности всех названных слоев по вертикали общая мощность оценивается в 33-35 км.

Основу жизни на Земле составляет процесс фотосинтеза, осуществляемый наземными растениями, пресноводными водорослями и морским фитопланктоном (совокупность свободноплавающих растительных организмов, населяющих толщу воды). Фотосинтез представляет собой процесс образования растениями богатых энергией органических соединений, под влиянием солнечного света, в результате которого двуокись углерода (СО2) и вода превращаются в углеводы (например, глюкозу), а в качестве побочного продукта выделяется кислород. Кислород атмосферы Земли является результатом фотосинтеза. Ежегодно растения Земли образуют около 380 млрд. тонн биомассы (в перечёте на сухое вещество) и одновременно выделяют в атмосферу около 350 млрд. тонн свободного кислорода.

Современная биосфера начала формироваться около двух миллиардов лет назад, когда в океанах возникли морские организмы, которые были способны использовать солнечную энергию в синтезируемых ими органических веществах и при этом расщеплять молекулу воды с выделением свободного кислорода. Молекулярный кислород накапливался в течение сотен миллиардов лет, что привело к возникновению атмосферы и в ней слоя озона, обеспечивающего защиту живых организмов от разрушительного ультрафиолетового излучения Солнца. Поэтому заселение суши началось, вероятно, 400 млн. лет назад.

В настоящее время по данным американского учёного Т. Добжанского, на Земле насчитывается 1265500 видов организмов (1млн. видов животных и 265500 видов растений).

Если охарактеризовать биосферу по её биомассе, т.е. по количеству вещества живых организмов, выраженном в тоннах сухой массы, то окажется, что на континентах преобладает биомасса зелёных растений, а в океанах - животных. При этом биомасса океанов довольно низка и составляет всего 0.13% от суммарной биомассы всех живых организмов Земли, в то время как поверхность всей гидросферы занимает 70.8% поверхности планеты.

Биосфера распределена по поверхности Земли неравномерно. Она сформирована в виде природных комплексов, которые называются экосистемами (экологическими системами), или биоценозами. Термин введён В.Н. Сукачёвым.

Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. С этим круговоротом связана миграция атомов химических элементов – их биогеохимические циклы, в ходе которых атомы большинства химических элементов проходят бесчисленное число раз через живое вещество. Так, например, весь кислород атмосферы оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ - за 200-300 лет, а вся вода биосферы за 2 млн лет. Разные организмы в разной степени способны аккумулировать из среды обитания различные элементы: содержание углерода в растениях в 200 раз, а азота – в 30 раз превышает их уровень в земной коре. Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Cr, S, P, N, W), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п. Большим разнообразием органических соединений характеризуется состав самих организмов. Благодаря живому веществу на планете образовались почвы и органоминеральное топливо.

Жизнь на Земле возникла 3,5 млрд лет назад – в архейскую эру. Это были одноклеточные синезеленые и многоклеточные водоросли. Свойства этих древнейших организмов определялись условиями внешней среды, в частности составом земной атмосферы. Усваивая из атмосферы углекислый газ, они обогащали ее кислородом. В конце архея началось размножение видов живых организмов и фотосинтез. Фотосинтез радикально изменил атмосферу Земли, наполнив ее кислородом, и положил начало разделению единого ствола жизни на две ветви - растения и животные. В конце мезозойской эры, примерно 200 млн лет назад, произошло очень важное событие – появление млекопитающих. Эра, в которую мы живем, называется кайнозойской. Началась она около 70 млн лет назад, и начало ее было отмечено прежде всего окончательным вымиранием пресмыкающихся, господствующее положение стали занимать млекопитающие. В кайнозойскую эру появились обезьяны, давшие ветви, которые в конечном счете породили первое мыслящее существо - человека. Сознание появилось закономерно. Оно увенчало всю предшествовавшую эволюцию Земли, как органическую, так и неорганическую. Великий акт появления человека – не случайность, а неизбежный в земных условиях результат непрерывного совершенствования живого вещества. Все вело к появлению Мысли. Предполагается, что первое человекообразное существо (австралопитек) возникло примерно 3 млн лет назад. Он обладал вертикальной походкой, масса мозга, похожего на человеческий, равнялась примерно 700 г. Хотя австралопитеки по ряду качеств и превосходили современных обезьян, они еще не были людьми и не обладали разумом.

В 1959-1960 гг. английский археолог Л.Лики нашел в Восточной Африке останки человекообразных существ, живших не менее 2 млн лет назад. Рядом с обломками черепа, костью голени и зубами лежали примитивные орудия. Эти существа были преимущественно вегетарианцами, но умели охотиться на крупных животных. По всем этим признакам Лики и его сотрудники присвоили им видовое название человек умелый. Судя по всему, это действительно были древнейшие люди на нашей планете. Их мозг по объему (530 и 685 см3) превышал мозг австралопитеков, а морфологически они были совершеннее всех предшественников человека. Они использовали примитивные орудия труда, что указывает на первые проблески их сознания. Причина, заставившая наших обезьяноподобных предков трудиться, – изменение около 2,5 млн лет назад климатических условий. Уменьшение количества лесов заставило древних обезьян спуститься на землю. Очутившись в новой, необычно суровой обстановке, наши предшественники могли противопоставить ей или огромную физическую силу, или хорошо развитый мозг (умелый человек). Подчиняясь общему ходу эволюции, естественный отбор предпочел второе. Труд и порожденное им сознание в тяжкой борьбе за существование оказались победителями. С той поры прослеживается почти непрерывная нить, ведущая от человека умелого к человеку разумному. Это прежде всего питекантроп, обезьяночеловек, живший примерно 0,5 млн лет назад. За ним вверх по эволюционной лестнице идут синантроп и гейдельбергский человек. Еще выше – неандертальцы, обладавшие членораздельной речью и жившие группами по 50-100 человек. Они одевались в шкуры, широко пользовались огнем. Примерно 50 000 лет назад на Земле появился кроманьонский человек, внешне почти не отличимый от наших современников. Он приручал животных, делал первые шаги в области земледелия, знал гончарное дело, умел сверлить, шлифовать. Это был человек разумный.

На ветви «древа эволюции» прогресс выражается в развитии центральной нервной системы, что сказывается в непрерывном росте объема головного мозга. У австралопитека он близок к 500, у питекантропа – к 900, у синантропа – около 1200, у неандертальца – до 1400, у кроманьонца – примерно 1600 см3. Второе не менее важное обстоятельство – постоянное ускорение эволюционного процесса. От появления первых млекопитающих до ответвления от них приматов прошло примерно 200 млн лет. Спустя еще 20 млн лет появились астралопитеки. От них до первых питекантропов прошло около 1,5 млн лет. Переход к неандертальцу занял всего несколько сотен тысяч лет. Прошло еще 200 000 лет – и на Земле появился человек разумный.

Таким образом, появление человека было не просто появлением нового вида. Произошел великий качественный скачок в истории Земли. Возник не просто человек, а человеческое общество, подчиняющееся не только биологическим законам. Началась человеческая история, подчиняющаяся особым, социальным, законам. С появлением человека эволюция растительного и животного мира не прекратилась. Но отныне не она задает тон. Развитие производительных сил стало движущей силой прогресса человеческого общества, а его техническое могущество настолько велико, что человечество уже сегодня превратилось в мощную геологическую силу. Породив Человека, Природа избрала еще один могучий катализатор мирового прогресса. Благодаря технике деятельность человека приобрела планетарный размах, а будущее всей Земли, и не только ее органического мира, теперь зависит от дальнейшего хода человеческой истории. Сегодня нет ни одного континента, где бы ни жил и ни трудился человек. Даже в Антарктике постоянно работают научные станции. Морские и океанские просторы бороздят бесчисленные суда, в атмосфере летают самолеты, вертолеты, ракеты. Человек стал на Земле почти вездесущ и заметно изменил облик планеты. Он покрыл ее поселениями, густой сетью железных и шоссейных дорог, прорыл каналы, создал искусственные водохранилища и зеленые насаждения, засеял поля. Возникли небывалые прежде искусственные ландшафты. Все это говорит о том, что человек способен радикально преобразовать свою планету, но - увы! - не всегда на пользу себе.

 

Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов, причём из построений Вернадского и ряда других учёных следует закон незаменимости биосферы.

Биосфераэто единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Понятно, что в данном законе имеются в виду возмущения природного происхождения, поскольку антропогенные возмущения могут представлять собой катастрофу на биосферном уровне.

Из этого закона следует, что конечная задача охраны природы – это сохранение биосферы как естественного и единственного места обитания человеческого общества.

Современные философские концепции сводятся к тому, что процесс взаимодействия общества и биосферы должен быть управляем, с тем, чтобы неизбежный НТП не привёл к деградации биосферы как среды обитания общества.

В отличие от биогенеза этот этап эволюции биосферы рассматривают как этап разумного развития, т.е. ноогенеза. Соответственно происходит постепенное превращение биосферы в ноосферу –оболочка Земли, включающая общество с промышленностью, языком, хозяйственной деятельностью, религией и всеми иными атрибутами

Подлинным основателем учения о ноосфере в ее современном понимании был В.И. Вернадский. Он развил материалистическое учение о ноосфере, показав, что она находится не над биосферой, не вне ее, а является закономерным этапом развития самой биосферы, этапом разумного регулирования взаимоотношений человека и природы.

Таким образом, закон ноосферы Вернадского имеет следующую формулировку:

Биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т.е. в сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек – природа.