Размещено на http://www.allbest.ru/

2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра региональной экономики и природопользования

По учебной дисциплине «Учение о биосфере»

Контрольная точка №2

(29.05.2014)

Реферат на тему:

«Космические предпосылки формирования Земли и биосферы»

Выполнили:

Луковникова Татьяна Сергеевна

Сахнова Анна Алексеевна

студентки 1 курса

группы ЭП-1301

Специальность: Экология и природопользование

Преподаватель:

Иванов Николай Семенович

Санкт-Петербург, 2014 г.

Оглавление

Введение

Формирование Земли

Формирование биосферы Земли

Организованность биосферы

Ноосфера. Новая эволюционная стадия биосферы

Заключение

Список литературы

космический объект биосфера ноосфера земля

Введение

Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания, которая еще ждет своего решения. Как отметил видный российский палеонтолог академик Б.С. Соколов, даже на "сумасшедший" вопрос "что древнее: Земля или жизнь на ней?", строго говоря, мы не можем дать определенного ответа. Большинство авторов гипотез о происхождении жизни на Земле допускали, что в течение огромного промежутка времени планета наша после возникновения 4,55 млрд лет назад была безжизненной, и на ее поверхности, в атмосфере и океане происходил медленный абиогенный синтез органических соединений, который привел к образованию первых примитивных организмов. Установилось почти традиционное представление о том, что на Земле происходила длительная химическая эволюция, предшествующая биологической и охватившая интервал времени не менее 1 млрд лет. Появились и другие, противоположные, представления о необычайной длительности существования жизни на Земле. Они были высказаны В. И. Вернадским и рядом других крупных ученых и подтверждаются современными исследованиями в области палеонтологии и палегеохимии. Возможно, Земля и жизнь на ней - почти ровесники, и поэтому предпочтительнее говорить о появлении жизни на Земле, а не об ее происхождении. Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого 3,8 млрд лет. Осадкообразование этого комплекса началось еще ранее, не менее 4 млрд лет назад. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на существование жизни в то далекое время. Они выражаются в изотопном составе углерода, в наличии окисленного железа, осадившегося под воздействием свободного кислорода от фотосинтеза тех времен.

Формирование Земли

Околосолнечный космос в результате взрывов - вспышек был заполнен пылью, мелкими и крупными обломками Тела, атомами и соединениями водорода, углерода, азота, кислорода. Мантия Тела, раздробленная внутренними силами, возникшими при торможении Тела крайними слоями Солнца, на фрагменты, прошла сквозь крайние слои Солнца, уменьшила скорость и потеряла более 99,9% массы. Рой более крупных фрагментов, преодолевая притяжение Солнца, по инерции удалился от него на расстояние ~ 180 млн. км, и стал обращаться вокруг Светила со средней скоростью ~ 27±1 км/с.

Более крупные фрагменты мантии стали многочисленными центрами притяжения прапланетного вещества, вращающегося вокруг общего центра масс и образовавшего прапланету (в последующем планету) Земля. Весь полёт вещества на предельное удаление занял 100 - 200 суток.

За это время вещество сплотилось в большое число больших и малых спутников (метеорных конгломератов), которые вращались вокруг общего центра масс. Возвращаясь к Солнцу под действием силы его гравитационного притяжения (падая), прапланета отклонилась от него на 50 - 100 миллионов километров и закрутилась вокруг Солнца по вытянутой эллипсовидной орбите.

При этом, хотя полная энергия Планеты (кинетическая + потенциальная) относительно Солнца соответствует потенциальной энергии предельного удаления (~300 млн. км), праЗемля первоначально, т. е. 4,5 млрд. лет назад, , «вырвавшись» из «объятий» Звезды, уже имела значительную орбитальную скорость (~ 27±1км/с), и средний радиус орбиты (~180±10 млн. км).

В Настоящее Время (далее Н. В.) средний радиус орбиты Земли ~150 млн. км, и средняя орбитальная скорость ~30 км/с.

Однако следует заметить, что на расстоянии ~200 млн. км от Солнца проходит граница его эффективного притяжения, т. е. объекты с меньшим радиусом кругового обращения приближаются к Солнцу, а с большим радиусом - удаляются от него.

Это обстоятельство позволяет составить суждение о максимальном первичном радиусе орбиты Земли. Более тщательные расчёты уточнят эти параметры.

Небесные тела (луны и метеоры), составлявшие праЗемлю, сближались, сталкивались, дробились и окончательно формировали планету - Землю. Укрупнение Планеты продолжалось около трёх - четырёх миллиардов лет…

При формировании Планеты формировался и вращательный момент, направление которого хотя было случайным при падении - столкновении с каждым телом, но суммарно совпадало с направлением отклоняющей скорости, общим для планет. В результате этого Планета стала вращаться вокруг собственной оси. Величина момента вращения была такой, что скорость вращения Планеты при завершении формирования была много больше, чем в Настоящее Время (далее Н. В.).

Как следствие вращения, на Земле стала происходить смена дня и ночи, т. е. сформировались сутки. Продолжительность суток Планеты сперва была значительно короче (4 -6 часов), чем в Н. В. С укрупнением Планеты вращение замедлялось, и сутки становились длиннее (в Н. В. ~ 24 часа).

Вследствие того, что все планеты произошли от одного Тела, направление вращения Земли и других планет Солнечной системы вокруг Солнца (обращение планет) направлено в одну сторону. Время обращения Земли вокруг Солнца назвали ГОД.

Угол наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты определил деление погоды в Северном и Южном полушариях на зиму и лето, а переходные периоды - на весну и осень.

Примечание:

1)Причины особенности вращения некоторых планет вокруг собственных осей рассмотрены в тетради «Образование Солнечной системы».

2)Замедление вращения Земли (увеличение суточного периода вращения) люди уже заметили. Ускорение обращения Земли вокруг Солнца пока не нашло отражения в популярной литературе; сокращение звездного года в Н. В. ожидается в пределах ~0,0001 с/год. Определить такое сокращение периода при современном уровне развития науки и техники возможно.

3)Среднее расстояние планеты Земля от Солнца от образования до Нашего Времени уменьшилось на 25±5 млн. км (соответственно уменьшилась длина орбиты и период орбитального обращения).

Температура фракций, формирующих Землю, в начале формирования была высокой, а в результате соударений сближающихся тел и сжатия поднялась до нескольких тысяч градусов. При достаточном разогреве вещества плавились, разлагались на составляющие химические элементы. Тяжёлые (с большей удельной плотностью) элементы опускались к центру Планеты и формировали ядро. Более лёгкие элементы образовывали соединения с меньшей удельной плотностью и дрейфовали (и дрейфуют) к поверхности Планеты, образуя магму, мантию и кору. Газы образовали атмосферу, глинозёмы образовали земную кору. Основанием коры послужили базальты и граниты, которые, будучи менее плотными, сперва образовали острова в море раскалённой магмы, верхний слой которой становился мантией и покрывался корой.

В начальный период формирования Земля была окутана более плотной атмосферой, чем в Н. В., основу которой составлял водяной пар, осуществлявший конвективный теплоперенос между горячей поверхностью планеты и космосом. Нижнюю часть атмосферы составляли азот, двуокись углерода и всевозможные газообразные окислы, перемешиваемые осадками. Значительную роль в геоморфологии сыграло наличие воды и растворённой в ней углекислоты. Растворимость солей с понижением глобальной и местной температуры снижалась, что привело к отложениям солей и образованию месторождений.

В начальный период образования Земли свободного кислорода не было. Свободный кислород появился в связи с образованием углеводородов, связавших большую часть водорода, и в связи с разложением пара солнечным излучением и планетной утратой протонов (т. е. потерей водорода).

Постепенно земная кора стала толще, однако она нарушалась при падении на Землю вращающихся вокруг неё космических тел. В зависимости от плотности составляющих пород метеориты оставляли в земной коре воронки разной глубины. Тела редко падали отвесно, а в большинстве - под углом и даже под острым углом к горизонту, образуя ложа морей и озёр и сгребая земную кору складками (гармошкой), сооружая прилегающие по направлению полёта горные кряжи. Сила земного притяжения вначале была значительно меньше (была меньше масса Земли), поэтому горы образовывались более крутыми.

При падении на Землю крупных тел («лун») их фракции с высокой плотностью пробивали кору и погружались в мантию, образуя крупные воронки, окружённые гребнями и складками гор. Под поднятиями земной коры (куполами), окружающими места падения лун, собирались вещества с низкой плотностью. Трещины в куполах послужили основой образования вулканов, «клапанов», выпускающих лёгкие вещества из недр Земли и играющую заметную роль в геоморфологии. В начальный период формирования вулканическая деятельность была много выше, чем в Н. В.

С охлаждением твёрдой Планеты (коры) до температуры конденсации воды образовалась гидросфера. Почти вся поверхность была покрыта тёплой водой…Образовался Первичный (Древний) океан. В начальный период уровень мирового океана был на 5-8 км выше твёрдой поверхности. С укрупнением Планеты увеличивалась площадь поверхности, и, соответственно, уменьшалась глубина океана.

Примечание:

Наличие значительной толщи воды над твёрдой поверхностью имело большое значение при формировании Планеты:

1)Падающие тела, как правило, дробились при ударе о водную поверхность, и оседали на дне океана. Это приводило к рассеянию выпавших продуктов (чем меньше плотность породы, тем больше площадь рассеяния) и укрупнению планеты снаружи. Следствием этого является осадочная слоистость пород.

При падении крупных тел менее плотные породы рассеивались, а более плотные пробивали кору и погружались в магму, укрупняя Планету изнутри. Увеличение внутреннего объёма является причиной роста напряжения в земной коре и её разломов.

2)Метеориты сперва контактировали с водной поверхностью и затрачивали большое количество энергии на испарение воды. Данное обстоятельство позволяет предположить, что температура магмы ограничена несколькими тысячами градусов (т. е. ниже, чем предполагалось прежде).

Формирование биосферы Земли

Существование всех живых организмов неразрывно связано с окружающим миром. В процессе своей жизнедеятельности живые организмы не только потребляют продукты окружающей среды, но и коренным образом преображают природу. В естествознании изучение жизни как целостного феномена в его тесной связи с окружающей природой получило название учения о биосфере.

Термин «биосфера» был введен в научный оборот австрийским геологом Эдуардом Зюссом, который подразумевал под ним совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете. В этом его значении понятие «биосфера» не принимало во внимание обратного воздействия биосферы на окружающую среду.

Постепенно, на основе наблюдений, экспериментов и опытов, ученые приходят к убеждению, что живые организмы также оказывают воздействие на физические, химические и геологические факторы окружающего мира. Результаты их исследований незамедлительно сказались при изучении общих проблем воздействия биотических (живых) факторов на абиотические (физические) условия. Так оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно меняют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Все эти примеры свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей планеты. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны, зависит, а с другой - сама воздействует на нее. Поэтому в современной науке под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами. Два главных компонента биосферы - живые организмы и Среда их обитания - непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему.

Развитие биосферы Земли можно рассматривать как последовательную смену трех этапов (рис. 13).

Первый этап - восстановительный - начался еще в космических условиях и завершился на Земле появлением гетеротрофной биосферы. Для первого этапа характерно появление малых сферических анаэробов (рис. 13, а). Присутствуют только следы свободного кислорода. Ранний способ фотосинтеза был, по существу, анаэробным. Развилась фиксация азота, поскольку часть ультрафиолетовой радиации проникала через атмосферу и быстро разлагала присутствующий аммиак.

Второй этап - слабоокислительный - отмечен появлением фотосинтеза. Он продолжался до завершения осадконакопления полосчатых железистых формаций докембрия. Аэробный фотосинтез начался предками цианобактерий. Кислород производился организмами, строящими строматолиты (рис. 13, б). Но кислород мало накапливался в атмосфере, так как реагировал с железом, растворенным в воде. При этом окислы железа осаждались, образуя полосчатые железистые формации докембрия. Только когда океан освободился от железа и других поливалентных металлов, концентрация кислорода начала возрастать по направлению к современному уровню.

Третий этап характеризуется развитием окислительной фотоавтотрофной биосферы. Он начался с завершения отложений полосчатых железистых кварцитов около 1800 млн лет назад, в эпоху Карельско-Свекофенского орогенеза. Для этого этапа развития биосферы характерно наличие такого количества свободного кислорода, которого достаточно для появления и развития животных, потребляющих его при дыхании.

Последние два этапа в развитии биосферы фиксированы в каменной летописи геологической истории. Первый этап - наиболее далекий и загадочный, и расшифровка его истории связана с решением основных проблем органической космохимии.

Некоторые организмы раннего докембрия, относящиеся к синезеленым водорослям и пианобактериям, мало изменились в ходе геологической истории. Можно полагать, что простейшие организмы обладали наиболее устойчивой персистентностью (от латинского persiste - упорствую). По существу, в течение всей истории Земли не было причин для того, чтобы некоторые морские микроорганизмы, в частности синезеленые водоросли и бактерии, сильно изменились.

В процессе формирования биосферы, примерно 1 млрд. лет назад произошло разделение живых существ на два царства -растений и животных. Как считает большинство биологов, различие между ними нужно делать по трем основаниям: 1) по структуре клеток и их способности к росту; 2) по способу питания; 3) по способности к движению.

При этом отнесение живого существа к одной из этих частей следует проводить не по каждому отдельному основанию, а по совокупности всех трех. Это связано с тем, что между растениями и животными существуют переходные типы, которые обладают свойствами той и другой группы. Так, например, кораллы, моллюски, речная губка всю жизнь остаются неподвижными, как растения, но по другим признакам их относят к животным. Существуют насекомоядные растения, которые по способу питания относятся к животным. В биологии известны также переходные типы живых организмов, которые питаются как растения, а двигаются как животные. В настоящее время на Земле существует 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных, в том числе позвоночных - 70 тыс., птиц - 16 тыс., млекопитающих - 12540 видов.

Формирование и развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния. В результате при этом образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. В истории биосферы бывали временные остановки прогрессивного развития, но они никогда не переходили в стадию деградации, поворота развития вспять. Чтобы убедиться в этом, достаточно посмотреть на основные вехи в истории развития биосферы:

- появление простейших клеток-прокариотов (клетки без ядра);

- появление значительно более организованных клеток-эукариотов (клетки с ядром);

- объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в организмах;

- появление организмов с твердыми скелетами и формирование высших животных;

- возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как органа сбора, систематизации, хранения информации и управления на ее основе поведением организмов;

- формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

- образование социальной общности людей - носителей разума. Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека. В ходе эволюции Земли на смену периоду геологической эволюции пришел период геолого-биологический, который с появлением человека уступил свое место периоду социальной эволюции. Самые крупные изменения в биосфере Земли наступили именно в этот период. Появление и развитие человека ознаменовало переход биосферы в ноосферу - новую оболочку Земли, область сознательной деятельности человечества.

Организованность биосферы

Концепция В.И. Вернадского о биосфере как планетарной организации, являющейся закономерной частью космической организованности. Кибернетические принципы организации биосферы; иерархический порядок организации субординации живой природы Л.Берталанфи и общая теория систем; работы по биокибернетике И.И. Шмальгаузена и А.Н. Колмогорова. Пространственная и временная организации биосферы, явления 11симметрии в жизненных процессах. Экоинформатика и алгоритмический подход к информации в биологических системах. Механизмы самовоспроизводства живых систем на разных уровнях системной организованности (молекулярном, клеточном, организменном, популяционном, экосистемном, биосферном). Организация биосферы и космос, планетно-космические основы организации жизни, космические истоки возникновения и эволюции биологической организации, а также первичной биогеосферы.

Пространственная организация биосферы, временная организация и синхронизация процессов в биосистемах, структурно-функциональная организация биосферы.

Распространение живого вещества в биосфере и его влияние на свойства основных компонентов географической оболочки. Границы биосферы. Поле устойчивости и поле существования жизни. Вес и объем биосферы. Структура биосферы на термодинамическом уровне. Структура биосферы на физическом, химическом и биологическом уровнях организованности. Парагенетический уровень организованности биосферы. Представление о биогеоценотическом покрове Земли. Коэволюция атмосферы, литосферы, гидросферы и биосферы. Естественные факторы глобальных воздействий на биосферу.

Ноосфера. Новая эволюционная стадия биосферы

Биогеохимическая деятельность человека и ее геологическая роль. Масштабы воздействия человека на биосферу. Локальное и глобальное изменения природной организованности биосферы. Автотрофность человечества.

Становление переходной биосферно-ноосферной общности: нарушение газового и теплового баланса биосферы, эрозия земель, экологическое загрязнение среды. Крупные города как ноосферные центры.Формирование элементов новой ноосферной организованности (человечество становится единым целым).

Преобразование средств связи и обмена. Открытие новых источников энергии. Равенство всех людей. Исключение войн из жизни общества. Научная мысль - главная предпосылка перехода биосферы в ноосферу. Нравственная сила разума.

Концепции ноосферы Э.Леруа, Пьера Тейяра, Де Шардена и В.И. Вернадского. Черты сходства и различия. Материальность процесса перехода биосферы в ноосферу. Историческая неизбежность трансформации биосферы в ноосферу.

Понятие о складывающейся биосферно-ноосферной целостности. Управляющий природно-народнохозяйственный ( ноосферный) комплекс и его составляющие. Природная среда (биосфера). Хозяйственная (технологическая) сфера. Социально-культурная сфера. Структурная модель ноосферного комплекса. Роль информационной составляющей. Ноосферные знания и базы данных. Ноосферная концепция как основа научного управления. Биосферно-ноосферное учение В.И. Вернадского - научный фундамент глобальной и социальной экологии. Глобальные экологические проблемы как результат нарушения сложившейся организованности биосферы.

Коэволюционный характер развития общества и природы на современном этапе развития биосферы. Вопросы экологического прогнозирования. Экологическая оценка природной среды и возможных антропогенных последствий в целях оптимизации биосферы.

Заключение

Итак, биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024 Дж солнечной энергии; 42 % из неё отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 % энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелёные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022 Дж в год, поглощают 1,7 • 108 т CO2, выделяют около 11,5 • 107 т кислорода и испаряют 1,6 • 1013 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в её нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения. В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов. Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растёт. Поэтому необходимо знать откуда появилась биосфера, когда это произошло, и каким образом происходило ее развитие.

Список литературы

1.Войткевич Г. В. Космохимические основы зарождения жизни // 3емля и Вселенная. 1986. № 5. С. 84-90.

2.Клауд П. Биосфера // В мире науки. 1983. № 11. С. 102-113

3.Статья Неручаева Н.Г. http://www.biosphere21century.ru/articles/208

Размещено на Allbest.ru