Учение В.И. Вернадского о биосфере

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра общего землеведения и метеорологии

Учение В.И. Вернадского о биосфере

Курсовая работа

Кудрявец Галины Васильевны

студентки 1 курса

Минск 2018

АННОТАЦИЯ

Кудрявец Г.В. Учение В. И. Вернадского о биосфере (курсовая работа). - Минск, 2018. - 29 с.

Современное представление о биосфере, жизнь и творческий путь В.И. Вернадского, учение В.И. Вернадского о биосфере, концепция ноосферы.

В работе рассмотрено учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Даны сведения о биосфере как части географической оболочки Земли, строении биосферы, уровнях организации живой материи, жизни и творческом пути В.И. Вернадского, значении живого вещества, скорости его размножения, разнообразии и функциях, круговоротах веществ и концепции ноосферы.

Библиогр. 17 назв., рис. 9, табл. 3.

АНАТАЦЫЯ

Кудравец Г.В. ВучэннеУ.І. Вярнадскага аб біясферы(курсавая работа). - Мінск, 2018. - 29 с.

Сучаснае ўяўленне аб біясферы, жыццё і творчы шлях У.І. Вярнадскага, вучэнне У.І. Вярнадскага аб біясферы, канцэпцыя наасферы.

У рабоце разгледжана вучэнне У.І. Вярнадскага аб біясферы і наасферы. Дадзенызвесткі аб біясферы як частцы геаграфічнай абалонцы Зямлі, будовебіясферы, узроўняхарганізацыіжывойматэрыі, жыцціі творчым шляху У.І. Вярнадскага, значэнні жывога рэчыва, хуткасціягоразмнажэння, разнастайнасці і функцыях, кругаваротах рэчываў і канцэпцыі наасферы.

Бібліягр. 17 назв., мал. 9, табл. 3.

ANMERKUNG

KudrjawezG. W.. Die Lehren von W.I. Wernfdskij ьber die Biosphдre(die Kursarbeit). - Minsk, 2018. - 29 S.

Moderne Vorstellung von Biosphдre, Leben und Kreativitдt V. I. Vernadskogo, die Lehre von V.I. Vernadskij ьber Biosphдre, das Konzept der Noosphдre.

In der Arbeit wurde die Lehre von V. I. Vernadskij ьber Biosphдre und Noosphдre Untersucht. Informationen ьber die Biosphдre als Teil der geographischen Hьlle der Erde, die Struktur der Biosphдre, die Ebenen der Organisation der lebenden Materie, Leben und kreativen Weg V. I. Vernadskogo, die Bedeutung der lebenden Substanz, die Geschwindigkeit der Vermehrung, Vielfalt und Funktionen, die Runden der Stoffe und das Konzept der Noosphдre.

Bibliogr. 17Titel, Abb. 9, Registerkarte. 3.

ВВЕДЕНИЕ

Понимание того, что живые организмы нашей планеты взаимодействуют с внешней средой и влияют на изменение этой среды, возникло давно на основе наблюдения природных явлений. Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от чисто геологических процессов, биогеохимические циклы с участием живого вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и количество вовлеченного в оборот вещества.

Термин «биосфера» как «тонкая пленка жизни» на поверхности Земли, в значительной мере определяющая внешний облик планеты, был введен впервые в 1875 году австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914) в работе «Лик Земли». Современные представления о биосфере как области жизни планетарного масштаба, объединяющей в себе всю совокупность биологических систем и среду их обитания, связаны с работами русского ученого В.И. Вернадского (1863-1945) и прежде всего с его основополагающей работой «Биосфера», опубликованной в 1926 году.

Представление о широком влиянии живых существ на протекающие в природе процессы было сформулировано еще в 1883 году русским ученым В.В. Докучаевым (1846-1903) в работе «Русский чернозем», в которой была показана зависимость процесса почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов.

Актуальность исследования обусловлена усилившимися негативными последствиями воздействия научно-технического прогресса на природную среду, обострением планетарной экологической ситуации, что ставит под угрозу дальнейшее существование всего живого на Земле.

Цель данной работы - выявить роль учения В.И. Вернадского о биосфере в современных условиях.

Данная цель обусловила необходимость решения следующих задач:

1. Дать анализ современных представлений о биосфере.

2. Изучить жизнь и творческий путь В.И. Вернадского.

3. Охарактеризовать учение В.И. Вернадского о биосфере.

4. Исследовать основные положения концепции о ноосфере.

Для подготовки и написания курсовой работы привлекались литературные источники в виде учебных пособий, энциклопедических изданий, периодической научной печати.

ГЛАВА 1. Современное представление о биосфере

Биосфера - оболочка планеты, населённая живым веществом. Живое вещество, в свою очередь - одно из самых древних известных на Земле природных тел. В химическом строении биосферы главная роль принадлежит кислороду, углероду и водороду, составляющим по весу 96,5% живого вещества, а также азоту, фосфору и сере, которые называются биофильными элементами.

Понятие биосферы появилось в биологии в 18 в., однако первоначально оно имело совсем иной смысл, чем теперь. Биосферой именовали небольшие гипотетические глобулы (ядра органического вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине 19 ст., в биологии уточняются позиции научных представлений о реальных органических клетках, и термин «биосфера» утрачивает свой прежний смысл.

Современные представления о биосфере основаны на учении В. И. Вернадского. До его исследований живым организмам, их роли в преобразовании земной поверхности не придавали большого значения. Растения и животные воспринимались как отдельные организмы, вынужденные приспосабливаться к условиям, создаваемым неорганическими процессами. По В. И. Вернадскому, «организмы представляют собой живое вещество, т. е. совокупность всех живых организмов, в данный момент существующих. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: питанием, дыханием, размножением».

К идее биосферы в её современной трактовке пришёл еще Ж.-Б. Ламарк (1744-1829), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком к современному смыслу понятие «биосфера» ввёл австрийский геолог Э. Зюсс, который в книге «Происхождение Альп» (1875) определил её как особую, образуемую организмами оболочку Земли. Сегодня для обозначения этой оболочки используются понятия «биота», «биос», «живое вещество», а понятие «биосфера» трактуется так, как его толковал академик В.И. Вернадский (1863-1945). Основной труд В.И. Вернадского «Химическое строение биосферы Земли и её окружения» был опубликован после его смерти. Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе «Биосфера» (1926). В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли [5].

С учётом современных представлений, биосфера представляет собой оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера - это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы, где условия существования наилучшим образом реализуются в местах столкновения трёх неживых оболочек планеты. Поэтому биосфера расположена в границах перечисленных сфер. Она занимает между ними промежуточное положение и в то же время является их частью (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Биосфера - часть географической оболочки Земли[15]

Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя вертикальная граница обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, иными словами, она совпадает с границей тропосферы и обуславливается губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Нижняя граница проходит в толще литосферы на глубине 4,5 км, где в скважинах найдены только анаэробные бактерии [5].

В состав биосферы входит вся гидросфера. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м (эвфотическая зона), куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота, активно перемещаются представители животного мира и опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

На границе атмо-, гидро- и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа биостромом (биогеосферой) или плёнкой жизни, которая состоит из фито-, зоо- и микробиострома. Выделяются две формы концентрации живого вещества: жизненные плёнки (огромные пространства, приуроченные к границам раздела фаз) и сгущения жизни (неравномерное распределение живого вещества по площади). В океаническом биостроме имеется две плёнки жизни: водно-поверхностная (планктонная) и донная. На суше существуют так же две плёнки жизни: наземная и почвенная. В океане выделяются следующие типы сгущения жизни: прибрежное, саргассовое, рифтовое, апвеллинговое и абиссальное рифтовое. На суше такими сгущениями жизни являются леса, болота, поймы рек и озёра (рисунок 1.2).



Рисунок 1.2 - Строение биосферы [16]

Живое вещество биосферы представляет собой сочетание биологических систем разной структуры и разных уровней существования. В настоящее время выделяется восемь уровней организацииживой материи:

1. Молекулярный - самый низкий уровень организации. Биологическая система проявляется в виде функционирования органических молекул - белков, углеводов, нуклеиновых кислот. С этого уровня проявляются свойства, характерные для живого вещества - обмен веществ, передача наследственности.

2. Клеточный. На этом уровне биологически активные молекулы объединяются в клетку. На Земле существуют одноклеточные и многоклеточные живые организмы.

3. Тканевый - уровень, на котором сочетание однородных клеток образует ткань. Ткани в организме выполняют определенную функцию - кожная ткань имеет защитную функцию, жиры выполняют роль запасных питательных веществ.

4. Органный - уровень, на котором отдельные типы тканей образуют определенные органы.

5. Организменный - уровень, на котором формируется единая система -индивидуальный организм. На Земле существует несколько миллионов видов организмов.

6. Популяционно-видовой. На этом уровне существуют совокупности однородных организмов, объединенных единством происхождения, местом обитания.

7. Биоценоз и биогеоценоз. Уровень организации, объединяющий разные по видовому составу организмы. В биогеоценозе они взаимодействуют друг с другом на определенном участке территории.

8. Биосферный - самый высокий уровень организации. На этом уровне сформировалась система наиболее высокого ранга -биосфера. В настоящее время на Земле существует 15 -30 млн (по другим данным до 100 млн) видов растений и животных, из которых инвентаризовано пока только 1,5 млн видов животных и 0,5 млн видов растений.

По современным представлениям, живой мир земного шара делится на четыре царства: доядерные (прокариоты), растения, грибы и животные.

Прокариоты подразделяются на подцарства бактерий и синезеленых водорослей. Бактерии представляют собой наиболее распространенные в биосфере организмы. Особенно много их в почве, самые богатые почвы (черноземы) содержат более 2 млрд бактерий в 1 г. В водоемах наибольшее количество бактерий встречается в поверхностных слоях воды. В чистой воде насчитывается 100 -300 бактерий в 2 мл, в загрязненной воде -количество бактерий увеличивается до 300 тыс. Синезеленые водоросли обитают преимущественно в пресных водоемах, но могут жить в океанах и горячих источниках. Их насчитывается до 2000 видов.

Растения -разнообразные по форме, величине и строению живые организмы. Практически все растения являются автотрофами, т.е. на свету за счет реакции фотосинтеза производят органическое вещество. К растениям относятся водоросли (100 000 видов), лишайники (18 000 видов), мхи (20 000 видов), голосеменные (600 видов), покрытосеменные. Наиболее распространены на Земле покрытосеменные растения -их насчитывается 250 000 видов. Водоросли -низшие споровые растения, содержащие в своих клетках хлорофилл и обитающие преимущественно в воде. Водоросли -первые организмы нашей планеты, которые в процессе эволюции осуществляли фотосинтез.

Растения-гетеротрофы по способу питания подразделяют на сапрофиты, паразиты и симбионты. Сапрофитами называются растения которые питаются органическими остатками. Паразиты -растения, пользующиеся готовыми питательными веществами другого организма, на котором они поселяются. Симбионты - это взаимовыгодное сожительство двух организмов. Классическим примером симбиоза в растительном мире считались лишайники, представляющие собой сожительство грибов и водорослей.

Грибы -низшие, лишенные хлорофилла организмы, их насчитывается 100000 видов. Все грибы относятся к гетеротрофным организмам (использующим готовое органическое вещество) и по способу питания разделяются на паразитов, сапрофитов и симбионтов. Большинство грибов являются сапрофитами, они питаются остатками растений. Грибы совместно с бактериями участвуют в круговороте веществ биосферы, разлагают органическое вещество на минеральное.

Животные образуют царство гетеротрофных организмов. Наиболее многочисленные по количеству видов -членистоногие (более 1 000000 видов) и моллюски (105 000 видов). Среди членистоногих выделяется класс насекомых, который по числу видов превышает все остальные виды животного мира. Ориентировочные расчеты показывают, что на Земле обитает минимум 108 млрднасекомых, на каждого человека приходится 250 млн представителей этого класса. Птиц насчитывается около 10 000 видов и 6000 видов млекопитающих. На долю сухопутных животных и наземной флоры приходится около 92% видов, водных организмов - около 8%.

Кроме организмов, образующих органическое вещество фотосинтетическим способом, на Земле были открыты другие организмы, основой образования которых является хемосинтез. Хемосинтез -процесс образования бактериями органического вещества из диоксида углерода за счет энергии, полученной при окислении неорганических соединений (аммиака, соединений серы). Хемосинтез был открыт русским микробиологом Н.С. Виноградским, который обнаружил микроорганизмы, способные окислять аммиак до солей азотной кислоты с выделением энергии [11].

ГЛАВА 2. Жизнь и творческий путь В.И. Вернадского

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) - российский естествоиспытатель, мыслитель-энциклопедист, гуманист, специалист в области наук о Земле, основатель ряда новых наук и научных направлений, организатор науки, педагог, общественный и политический деятель, историк, публицист (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - В.И. Вернадский[17]

В.И. Вернадский родился в Петербурге 28 февраля (12 марта) 1863 г. Родом из дворян. Мать - Анна Петровна Константинович (1837-1898), отец - Иван Васильевич Вернадский (1821-1884), профессор политической экономии и статистики. В 1886 г. Вернадский женился на Наталии Егоровне Старицкой (1862-1943), с которой прожил более 56 лет в гармонии и согласии, по его словам - "душа в душу, мысль в мысль". В семье было двое детей - сын Георгий Владимирович Вернадский (1887-1973), профессор русской истории, дочь Нина Владимировна Вернадская-Толль (1898-1985), врач-психиатр; оба скончались в США в эмиграции.

В 1873-1881 гг. В.И. Вернадский учился в классических гимназиях Харькова и Петербурга. В 1881-1885 гг. обучался на естественном отделении физико-математического факультета Петербургского университета. Его учителями были крупнейшие русские ученые Д.И. Менделеев, В.В. Докучаев, А.Н. Бекетов, И.М. Сеченов и др.

В университете Вернадский начал работать в области естественных наук, проблем философии и научного мировоззрения. С 1885 по 1888 г. Вернадский работал хранителем Минералогического кабинета столичного университета, с 1888 по 1890 г. был в научной командировке в Италии, Германии и Франции для подготовки к профессорскому званию.

С 1890 по 1911 г. Вернадский в качестве приват-доцента, а затем профессора преподавал минералогию и кристаллографию в Московском университете, защитил в Петербургском университете магистерскую (1891) и докторскую (1897) диссертации. В 1906 г. был избран действительным членом-адъюнктом по минералогии Петербургской Академии наук и назначен заведующим минералогическим отделением Геологического музея академии.В 1911 г. он переехал в Петербург, работал в Академии наук и в 1912 г. был избран в ней ординарным академиком по минералогии.В конце XIX - начале XX в. в Москве и Петербурге сложилась научная школа Вернадского в области геологии и минералогии.

С 1916 г. в научном творчестве Вернадского начался принципиально новый качественный этап, продолжавшийся до конца жизни: он приступил к систематическому исследованию живой природы в атомном и планетарно-космическом аспектах, перейдя одновременно к естественноисторическому изучению человека и человечества, их настоящего и будущего.

С конца 1917 г. Вернадский жил и работал на Украине и юге России, в 1921 г. возвратился в Петроград. С 1922 г. он продолжал свою научную и педагогическую деятельность во Франции и Чехословакии, в 1926 г. вернулся в Ленинград. В 1935 г. переехал в Москву. С 1941 г. был в эвакуации в селе Боровом Казахской ССР, в Москву возвратился в 1943 г.

В последние годы жизни Вернадский работал над итоговой книгой - "научным завещанием потомкам", "книгой жизни", как он ее называл, - "Химическое строение биосферы Земли и ее окружения", подбирал материал к книге воспоминаний "Пережитое и передуманное". В.И. Вернадский скончался в Москве 6 января 1945 г., похоронен на Новодевичьем кладбище [1].

В.И. Вернадского нередко и справедливо называют "Ломоносовым XX века". Трудно назвать такую область естествознания, которая так или иначе не была бы затронута его универсальным гением.

Особое место в биографии Вернадского занимают 1916-1926 гг. В этот период завершается в основных чертах формирование учения о живом веществе, биогеохимии как новой научной дисциплине и учения о биосфере как целостной общебиологической и геологической концепции. Этим разделам своих научных изысканий Вернадский посвящает большую серию работ под общим названием "Живое вещество в земной коре и его геохимическое значение" (около 1200 рукописных страниц), книгу "Биосфера", вышедшую в 1926 г., ряд статей и заметок, опубликованных в отечественной и зарубежной печати, а также разделы монографии "Геохимия", опубликованной в 1924 г. в Париже на французском языке, много десятков и сотен (завершенных и оставшихся неоконченными) заметок, набросков, писем, сохранившихся в рукописных вариантах.

В 1927-1944 гг. этот полноводный поток не только не иссякает, но, напротив, становится еще обширнее и мощнее, обогащаясь все новыми трудами, идеями, концепциями, проблемами. Многое из наработанного Вернадским в этот период в области биокосмическихнаучных задач было опубликовано при его жизни, часть увидела свет уже после его кончины. В этот период научная школа Вернадского расширяется, в нее вливаются свежие молодые силы. Помимо геологов, минералогов, физиков, химиков, традиционно составлявших ее основной костяк, это были также биологи разного профиля - биофизики, биохимики и др., радиологи, кристаллографы, математики...

Понимая, сколь важны разрабатываемые им, его учениками и коллегами проблемы, Вернадский стремится создать в пределах своей страны мощный научно-исследовательский центр, который бы организовывал и координировал разработку разнообразных биокосмических проблем, вынашивает идею об основании Международного института живого вещества. Этим его стремлениям было суждено осуществиться лишь отчасти. В конце 20-х гг. в системе Академии наук СССР была создана Биогеохимическая лаборатория, ранее существовавшая как Отдел живого вещества в составе академической Комиссии по изучению естественных производительных сил России, организатором и председателем которой был Вернадский; он же возглавлял как Отдел живого вещества, так и затем Биогеохимическую лабораторию. Последняя в 1943 г. была переименована в Лабораторию геохимических проблем им. В.И. Вернадского АН СССР, на базе которой уже после кончины Вернадского был создан Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского АН СССР (ныне - Российской Академии наук); биогеохимическая лаборатория функционирует в качестве структурного подразделения этого института [1].

ГЛАВА 3.Учение В.И. Вернадского о биосфере

По современным представлениям, биосфера - это особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Эти представления, как было сказано выше, базируются на учении В. И. Вернадского о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ в. Важнейшая значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине века. Этому способствовало развитие экологии и, прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием [8].

Учение Вернадского о биосфере - это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем [9].

По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает в себя живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы); биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы); а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеянные атомы. Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой.

Значение живого вещества в биосфере включает четыре явления жизни, которые имеют огромное геохимическое значение:

1) распространение живого вещества на земной поверхности;

2) масса и химический состав;

3) отношение к угольной кислоте;

4) роль живого вещества в истории химических элементов.

По способу питания Вернадский делит живое вещество на 2 группы:

1) автотрофные организмы, в своём питании независимые от других организмов и использующие неорганические вещества;

2) гетеротрофные организмы, использующие органические вещества, созданные другими организмами.

Автотрофы в свою очередь делятся на 2 группы:

1) зелёные автотрофные растения, существование которых определяется областью проникновения солнечных лучей;

2) автотрофные бактерии, живущие за счёт окисления серы, железа, азота, углерода, распространяются в почвах, иле, морской воде [5].

Каждый организм имеет свои пределы жизни: споры грибов и некоторых бактерий выдерживают температуру до 140°С и в течение 20 часов могут выдержать температуру -252°С, в жидком воздухе сохраняли жизнеспособность в течение многих месяцев при -200°С; грибы и бактерии выдерживают давление 3000 атмосфер, а дрожжи - 8000.

Вернадский вычислил время, необходимое разным организмам для «захвата поверхности планеты». Он назвал его «скоростью передачи жизни» (таблица 3.1).

Таблица 3.1 - Скорость размножения живого вещества [14]

Организмы	Скорость размножения
Бактерии (на примере холерного вибриона)	1,25 суток
Зелёный планктон	183 суток
Большие водоросли	79 лет
Цветковые растения (на примере клевера)	11 лет
Инфузория туфелька	67,3 суток
Муха домашняя	1 год
Курица	18 лет
Свинья домашняя	8 лет
Свинья дикая	56 лет
Крыса	8 лет
Слон	1000 лет

Из сопоставления видно, что более мелкие организмы размножаются быстрее крупных, домашние животные - быстрее диких [14].

Живое вещество возникло и развивалось в воде (бактерии, цианобактерии, красные и зелёные водоросли, почти все типы животных). Затем организмами заселилась суша (псилофиты, мхи, хвощи и плауны, папоротники, голо- и покрытосеменные растения, первыми животными суши были пауки и скорпионы, 300 млн. лет т.н. появились земноводные; 150 млн. лет т.н. - пресмыкающиеся; 50 млн. лет т.н. - птицы и млекопитающие; 50 тыс. лет т.н. - человек разумный).

Живое вещество характеризуется огромным видовым разнообразием (таблица 3.2).

Таблица 3.2 - Разнообразие живого вещества [14]

Царства	Число видов, известных науке
Животные	Около 1 500 000
Растения	Около 500 000
Грибы	Более 100 000
Бактерии	Около 6000
Вирусы	Около 1000

В процессе самоорганизации биосферы живое вещество играет ведущую роль и выполняет разнообразные специфические функции (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Функции живого вещества [15]

Энергетическая функция заключается в том, что живое вещество участвует в перераспределении солнечной энергии между компонентами биосферы.

Средообразующая (газовая): в процессе жизнедеятельности живого вещества создается основные газы - азот, кислород, углекислый газ, метан и др., живые организмы участвуют в миграциях газов и их превращениях, обеспечивая тем самым газовый состав биосферы.

Концентрационная: живые организмы извлекают и накапливают биогенные элементы в концентрациях, в сотни тысяч раз превышающих их содержание в окружающей среде (в углях углерода больше, чем в среднем для земной коры; в кораллах концентрируются карбонаты, формируется органогенный известняк; в диатомовых водорослях - кремний, в ламинариях - йод).

Деструктивная: минерализация органического вещества.

Окислительно-восстановительная: химическое превращение веществ биосферы.

Биохимическая связана с жизнедеятельностью живых организмов (питание, дыхание, размножение, смерть и последующее разрушение тел; в результате происходит химическое превращение живого вещества сначала в биокосное, а после отмирания, в косное).

Биогеохимическая деятельность человека приводит к видоизменению всей планеты.

Водная функция живого вещества связана с биогенным круговоротом воды, который имеет большое значение в круговороте воды на планете [12].

Возможен и несколько другой подход к классификации функций живого вещества (таблица 3.3).

Таблица 3.3 - Функции живого вещества

Функция	Живые организмы
Газовая	Все организмы
Кислородная	Хлорофильные растения
Окислительная	Бактерии (большей частью автотрофные)
Кальциевая	Водоросли, бактерии, мхи, одноклеточные животные, позвоночные, ракообразные, моллюски, кораллы и т.п.
Восстановительная	Бактерии
Концентрационная	Организмы животные и растительные разных семейств - одноклеточные и многоклеточные
Функция разрушения органических соединений	Бактерии и грибы
Функция восстановительного разложения	Бактерии
Функция метаболизма и дыхания организмов	Все организмы

При рассмотрении всего спектра функций живого вещества можно сформулировать следующие выводы:

1) все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами;

2) не существует организма, который мог бы один исполнить все эти функции;

3) в ходе геологического времени происходила смена разных организмов, замещавших друг друга в исполнении каждой функции.

Выполняя перечисленные функции, живое вещество адаптируется к окружающей среде и приспосабливает её к своим биологическим, а если речь идёт о человеке, то и социальным потребностям. При этом живое вещество и среда его обитания развиваются как единое целое, однако контроль над состоянием среды осуществляют живые организмы [6].

Решающее отличие живого вещества от неживого заключается в следующем:

1. Изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее.

2. В ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно".

3. Только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч. Дарвина (1859 г.);

4. Живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.

Все вещества на планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ: большой (геологический, биосферный) и малый (биологический) [14].

Большой круговорот веществ в биосфере характеризуется двумя важными моментами: он осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли и представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

Геологический круговорот связан с образованием и разрушением горных пород и последующим перемещением продуктов разрушения - обломочного материала и химических элементов. Значительную роль в этих процессах играли и продолжают играть термические свойства поверхности суши и воды: поглощение и отражение солнечных лучей, теплопроводность и теплоемкость (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Большой геологический круговорот веществ [16]

Неустойчивый гидротермический режим поверхности Земли вместе с планетарной системой циркуляции атмосферы обусловливал геологический круговорот веществ, который на начальном этапе развития Земли, наряду с эндогенными процессами, был связан с формированием континентов, океанов и современных геосфер. Со становлением биосферы в большой круговорот включились продукты жизнедеятельности организмов. Геологический круговорот поставляет живым организмам элементы питания и во многом определяет условия их существования.

Главные химические элементылитосферы: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, натрий, калий и другие - участвуют в большом круговороте, проходя от глубинных частей верхней мантии до поверхности литосферы. Магматическая порода, возникшая при кристаллизации магмы, поступив на поверхность литосферы из глубин Земли, подвергается разложению, выветриванию в области биосферы. Продукты выветривания переходят в подвижное состояние, сносятся водами, ветром в пониженные места рельефа, попадают в реки, океан и образуют мощные толщи осадочных пород, которые со временем, погружаясь на глубину в областях с повышенной температурой и давлением, подвергаются метаморфозу, т. е. «переплавляются». При этой переплавке возникает новая метаморфическая порода, поступающая в верхние горизонты земной коры и вновь входящая в круговорот веществ [12]. вернадский биосфера живой круговорот

Наиболее интенсивному и быстрому круговороту подвергаются легкоподвижные вещества - газы и природные воды, составляющие атмосферу и гидросферу планеты. Значительно медленнее совершает круговорот материал литосферы. В целом каждый круговорот любого химического элемента является частью общего большого круговорота веществ на Земле, и все они тесно связаны между собой. Живое вещество биосферы в этом круговороте выполняет огромную работу по перераспределению химических элементов, беспрерывно циркулирующих в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и снова во внешнюю среду.

Малый, или биологический, круговорот веществ - это циркуляция веществ между растениями, животными, грибами, микроорганизмами и почвой (рисунок 3.3). Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - создания органических веществ и их разрушения.

Рисунок 3.3 - Малый биологический круговорот веществ [16]

Начальный этап возникновения органических веществ обусловлен фотосинтезом зеленых растений, т. е. образованием живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворе молекулы серы, фосфора, кальция, калия, магния, марганца, кремния, алюминия, цинка, меди и других элементов. Растительноядные животные (консументы I порядка) поглощают соединения этих элементов уже в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включающую белки, жиры, аминокислоты и другие вещества. В процессе разрушения микроорганизмами (редуцентами) органических веществ отмерших растений и останков животных, в почву и водную среду поступают простые минеральные соединения, доступные для усвоения растениям, и начинается следующий виток биологического круговорота[12].

Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между разными структурными частями биосферы и обусловленный жизнедеятельностью организмов, называется биогеохимическим циклом.

Все биогеохимические циклы составляют современную динамическую основу существования жизни, они взаимосвязаны, и каждый из них играет свойственную ему роль в эволюции биосферы. Продолжительность циклов круговорота тех или иных веществ различна. Время, достаточное для полного оборота всего углекислого газа атмосферы через фотосинтез, составляет около 300лет; кислорода атмосферы через фотосинтез - 2000-2500 лет; азота атмосферы через биологическую фиксацию, окисление электрическими разрядами - примерно 100 млн лет; воды через испарение - около 1 млн лет.

В большом и малом круговоротах участвуют множество химических элементов и их соединений. Но важнейшими из них являются круговороты биогенных элементов - кислорода, углерода, воды, азота, фосфора, серы. Большое значение имеют круговороты токсических элементов - ртути и свинца. Кроме того, из большого круговорота в биологический поступают многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и др.). Миграцию веществ в биохимических циклах можно рассмотреть на примере углерода.

Углерод содержится в основном в атмосфере в виде двуокиси углерода (СО2). В состав органического вещества он включается в процессе фотосинтеза растений. Затем основная масса его поступает в пищевые цепи и накапливается в телах животных в виде различных углеводородных соединений.

Для обеспечения процессов жизнедеятельности значительная часть органических веществ растений и животных разлагается в процессе дыхания с выделением СО2 в атмосферу. Мертвое органическое вещество разлагается особой группой организмов (в основном микробами и грибами) до исходных минеральных веществ и углекислоты (СО2), которая также возвращается в атмосферу (рисунок 3.4).Некоторая часть углерода включается в большой, или геологический, круговорот между сушей и океаном. В последнем она также включается в круговорот, начинающийся с фотосинтезирующих организмов фитопланктона.

Большая доля органического вещества и содержащегося в нем углерода, по выражению В.И. Вернадского, «ускользает» из круговорота и уходит в геологию (в ископаемое состояние) в виде угля, торфа, нефти и других горючих соединений. Другая часть таким же образом концентрируется в донных карбонатных отложениях океана. Этот углерод, как и углерод горючих ископаемых, в настоящее время в значительной мере высвобождается человеком, использующим эти вещества в качестве энергетических, строительных и других ресурсов.

Кислород является наиболее распространенным элементом на Земле. В морской воде содержится 85,82% кислорода, в атмосферном воздухе 23,15% по весу или 20,93% по объему, а в земной коре 47,2% по весу. Такая концентрация кислорода в атмосфере поддерживается постоянной благодаря процессу фотосинтеза. В этом процессе зеленые растения под действием солнечного света превращают диоксид углерода и воду в углеводы и кислород.Главная масса кислорода находится в связанном состоянии; количество молекулярного кислорода в атмосфере оценивается в 1,5Ч1015 m, что составляет всего лишь 0,01% от общего содержания кислорода в земной коре.

В жизни природы кислород имеет исключительное значение. Кислород и его соединения незаменимы для поддержания жизни. Они играют важнейшую роль в процессах обмена веществ и дыхании. Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из которых «построены» организмы; в человеческом организме, например, содержится около 65% кислорода.Большинство организмов получают энергию, необходимую для выполнения их жизненных функций, за счет окисления тех или иных веществ с помощью кислорода.

Цикл кислорода представляет собой ряд изменений вещества, в результате которых оно возвращается в исходную точку, а весь путь повторяется. Кислородный цикл является биогеохимическим движением. Посредством него O2 проходит через биотическую сумму всех экосистем (биосфера или зона жизни на Земле) и абиотические (литосфера, атмосфера и гидросфера) среды (рисунок 3.4). Круговорот кислорода описывает его движение в гидросфере (масса воды, находящаяся под землей и над ее поверхностью), атмосфере (воздух), в биосфере (глобальная сумма всех экосистем) и литосфере (земная кора). Нарушения этого цикла в гидросфере может привести к развитию гипоксических (с низким содержанием O2) зон в крупных озерах и океане. Основным движущим фактором является фотосинтез [13].

Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов дыхания, гниения и горения возмещается кислородом, выделяющимся при фотосинтезе. Вырубка лесов, эрозия почв, различные горные выработки на поверхности уменьшают общую массу фотосинтеза и снижают круговорот на значительных территориях.

Рисунок 3.4 - Круговорот кислорода [17]

Наряду с этим, мощным источником кислорода является, по-видимому, фотохимическое разложение водяного пара в верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетовых лучей солнца. Таким образом, в природе непрерывно совершается круговорот кислорода, поддерживающий постоянство состава атмосферного воздуха.

Азот - один из самых распространённых элементов в биосфере. Основная часть азота находится в атмосфере в газообразной форме. Химические связи между атомами в молекулярном азоте очень сильные, поэтому большинство живых организмов неспособны использовать его непосредственно. Поэтому важным этапом в круговороте азота является его фиксация и перевод в доступную для организмов форму. Отличают три вида фиксации азота: атмосферная, биологическая, промышленная (рисунок 3.5).

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например, с карбонатом кальция СаСО3, образует нитраты.

Рисунок 3.5 - Круговорот азота [17]

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют бактерии, которые при. недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты.

Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий - “клубеньков”, почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Обмен веществом и энергией между различными структурными частями биосферы, определяющийся жизнедеятельностью микроорганизмов, называется биогеохимическим циклом. Все биогеохимические циклы составляют современную динамическую основу существования жизни, взаимосвязаны друг с другом и каждый из них играет свойственную ему роль в эволюции биосферы [13].

ГЛАВА 4.Концепция ноосферы

Естественным продолжением и уточнением мыслей о биосфере был доклад В.И. Вернадского на тему «Об условиях появления жизни на Земле», который был прочитан 12 декабря 1930 года в Ленинградском обществе естествоиспытателей. В конце доклада Владимир Иванович сделал замечательное, перспективное заключение: «Лишь со времени выступления в биосфере цивилизованного человечества один организм оказался способным одновременно вызывать разнообразные химические процессы, но он достигает этого разумом и техникой, а не физиологической работой своего организма». Это заключение было зарождением яркой мысли о ноосфере - сфере разума [4].

Содержание учения В. И. Вернадского заключается в том, что появление на Земле человека начало качественно новый этап в эволюции планеты. Активность человека многократно ускоряет все эволюционные процессы, темпы которых быстро растут с развитием производительных сил, ростом технической вооруженности цивилизации. Дальнейшее неконтролируемый, неуправляемый развитие человеческой деятельности таит в себе опасности, которые нам трудно предсказать. Именно поэтому вскоре должен наступить время, когда дальнейшую эволюцию планеты, а, следовательно, и человеческого общества, должен будет направлять Разум. Биосфера постепенно превращаться в сферу Разума. Определяющей идеей учения В. И. Вернадского о ноосфере является обоснование единства человечества и биосферы.

Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является идея, что человек не является самодостаточным живым существом, которое живет по своим особым законам: он сосуществует внутри природы и является частью ее. Вернадский как биогеохимик пытался доказать, что это единство обусловлено прежде всего функциональной обособленностью человека от окружающей среды. Человечество само по себе является естественным явлением и очевидно, что влияние биосферы отражается не только на среде жизни, но и на ходе мыслей человека.

Но не только природа оказывает влияние на человека, существует и обратная связь. Причем она не поверхностная, что отражало бы только физическое влияние человека на окружающую среду, она гораздо глубже. Это доказывает тот факт, что в последнее время заметно активизировались планетарные геологические силы.

В "Философских мыслях натуралиста" Вернадский утверждал, что ученые и исследователи все больше и ярче видят в действии окружающие геологические силы. Это совпало, едва ли случайно с проникновением в научное сознание убеждения о геологическом значении Homosapiens, с выявлением нового состояния биосферы - ноосферы - и является одной из форм ее выражения. Это связано, конечно, прежде всего с уточнением места естественной научной работы и мысли в пределах биосферы, где живое вещество играет основную роль. Так, в последнее время резко меняется степень влияния живых существ на окружающей природе. Благодаря этому процесс эволюции переносится в сферу минералов. Резко меняются почвы, воды и воздуха. То есть эволюция видов сама превратилась в геологический процесс, так как в процессе эволюции появилась новая геологическая сила. Вернадский писал: "Эволюция видов переходит в эволюцию биосферы ".

Геологической силой является собственно вовсе не Homosapiens, а его разум, научная мысль социального человечества. В «Философских мыслях натуралиста» Вернадский заметил: «Мы как раз переживаем ее яркое вхождение в геологическую историю планеты. В последние тысячелетия наблюдается интенсивный рост влияния одного видового живого вещества - цивилизованного человечества - на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние - в ноосферу».

Перестройка окружающей среды благодаря научной человеческой мысли посредством организованного труда вряд ли является стихийным процессом. Корни этого процесса - в самой природе и были заложены еще миллионы лет назад в ходе естественного процесса эволюции. Заселяя все уголки планеты, опираясь на государственно организованную научную мысль и на ее порождение - технику - человек создал в биосфере новую биогенную силу, поддерживающую размножение и дальнейшее заселение различных частей биосферы.

Вместе с расширением ареала обитания человечество начинает превращаться во все более сплоченную массу, так как существующие средства связи - средства передачи мысли - охватывают весь земной шар. При этом человек впервые реально понял, что он как житель планеты может и должен мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте отдельной личности, семьи или рода, государств или союзов, а в планетарном аспекте.

На известной схеме «Цветок ноосферного разума» (рисунок 4.1) приведены взаимоотношения главных составляющих ноосферы - триады «Экология - Социум - Техносфера». Область пересечения этих сфер характеризует среду обитания каждого человека. Схема отражает принцип истинно демократических взаимоотношений между элементами структуры - статус «равных среди равных».

Рисунок 4.1 - «Цветок ноосферного разума» [15]

Качественные отличия ноосферного этапа развития следующие:

1. Географическая оболочка характеризуется разнообразием вещественного состава, первичное вещество преобразовывается, возникают новые почвы, породы и минералы, культурные растения и животные.

2. Возрастает количество механически извлекаемого материала литосферы, оно уже превышает массу материала, выносимого речным стоком.

3. Происходит массовое потребление продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох, преимущественно в энергетических целях. В ноосфере начинает уменьшаться содержание кислорода и увеличивается уровень углекислого газа и среднегодовая температура планеты.

4. Присутствуют различные виды энергий, используется ядерная и термоядерная энергия.

5. В пределах ноосферы наблюдается тесное взаимодействие всех компонентов, приводящее к созданию новых систем: природно-территориальных и антропогенных.

6. В ноосфере проявляется разумная деятельность человека, возникает общество.

7. Ноосфера выходит за пределы биосферы в связи с научно-технической революцией (космонавтика).

Таким образом ноосфера - состояние биосферы, характеризующееся гармонией и единством природы и общества на основе позитивной и созидательной научной мысли [9].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С именем В.И. Вернадского связан целый ряд гениально прозорливых утверждений о роли и значении живого вещества и его разумной ипостаси. Признание того, отмечал В.И. Вернадский, что жизнь и разум суть общие проявления Космоса, коренным образом меняет положение биологических и гуманитарных дисциплин в системе научного знания. Их роль в построении научной картины мира резко возрастает. Явления жизни все глубже охватываются науками, связанными с исследованием атомного и субатомного уровней материи. А это, в свою очередь, означает, что жизнь входит в качестве составной части в общую картину мира на его наиболее фундаментальных уровнях. Будущее может быть чревато большими неожиданностями.

Биокосмические идеи и концепции Вернадского по степени своей синтетичности, глубине и оригинальности настолько выходили за пределы ставших традиционными канонов биологического мышления, что далеко не сразу были восприняты многими учеными. К настоящему времени положение начинает меняться, и сейчас трудно указать представляющие сколько-нибудь существенную общебиологическую значимость теории и направления, развиваемые как отечественными, так и зарубежными биологами и экологами, которые прямо либо опосредованно не были бы связаны с учением Вернадского о живом веществе, биогеохимией и концепцией биосферы.

Биокосмические воззрения Вернадского представляют собой сложную, внутренне расчлененную и дифференцированную, но вместе с тем целостную и стройную систему, являющуюся основанием, по сути, биокосмической картины мира, в ряде наиболее важных своих положений естественно выходящую на фундаментальные проблемы философии и научного мировоззрения.

Владимир Иванович Вернадский был учёным - пророком, научное предвидение которого далеко не всеми его современниками сразу понималось и потому оспаривалось. Но в наше время мы видим, насколько его мысли и прогнозы были правильны. Человечество должно рассматривать свою деятельность на Земле в соответствии с естественными законами развития природы. Только в этом случае можно разработать прогнозы на будущее, при том на долгие сроки, с учётом последствий научно-технического прогресса как положительных, так и вредных, чтобы эти последние максимально снизить. Только совместными усилиями всех государств можно успешно решать насущные вопросы жизни человечества.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Баландин, Р.К. Вернадский: жизнь, мысль, бессмертие (к 125-летию со дня рождения). - М.: Знание, 1988.

2. Вернадский, В.И. Биосфера и ноосфера. - М., 2013.

3. Вернадский: Сборник / Сост. и авт. предисловия И.Д. Чечель. - М.: Амонашвили: Моск. гор. пед. ун-т, 001.

4. Вернадский - экология - ноосфера // Материалы науч. сессии, посвящ. 130-летию рождения В.И. Вернадского.Март 1993. - М.: Луч, 1994.

5. Гледко, Ю.А. Общее землеведение: Курс лекций / Ю.А. Гледко, М.В. Кухарчик - Мн.: БГУ, 2008.

6. Еремченко, О.З. Учение о биосфере. - Пермь, 2004.

7. Заварзин, Г.А. Становление биосферы // Вестник РАН. Том 71, № 11. - 2001. - с.988-1001.

8. Кадацкий, В.Б. Биосфера как система. - Мн.: Беларускаянавука, 1997.

9. Казначеев, В.П. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. - М.: Либроком, 2014.

10. Карако, П.С. Философия и методология науки. В.И. Вернадский. Учение о биосфере. - Мн.: Экоперспектива, 2007.

11. Киселев, В.Н. Биогеография с основами экологии. - Мн.: Універсітэцкае, 1995.

12. Киселев, В.Н. Основы экологии. - М.: БГУ, 2000.

13. Колесник, Ю.А. Биосфера и происходящие в ней динамические процессы. - Уссурийск: Изд-во УГПИ, 2003.

Размещено на Allbest.ru

...