Основна характеристика біосфери

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зміст

Вступ

1. Загальні уявлення про біосферу

1.1 В. І. Вернадський про біосферу

1.2 Сучасні явлення про біосферу

2. Основні етапи еволюції біосфери

2.1 Еволюція біосфери Землі

3. Енергетика біосфери

3.1 Перетворення енергії в біосфері

Висновок

Вступ

Актуальність дослідження: Біосфера - не просто зовнішнє середовище існування людини. Ми маємо усвідомити, що це її домівка. Людина становилася за законами живого, біосфери. Тому і сьогодні вона має рахуватися з законами саме біосфери як сфери свого життя. Ігнорування або просто нерозуміння цих суттєвих особливостей людського існування привело до трагічних наслідків - глобальної екологічної кризи антропогенного походження. Проблематичним стає взагалі подальше існування людського роду. Усвідомлюючи ці складні обставини сучасного цивілізаційного розвитку, ЮНЕСКО як одну з комплексних програм, що потребують глибокого вивчення визначило проблему "Людина і біосфера". Такі дії є яскравою ознакою усвідомлення світовою спільнотою глобальності, всезагальності проблеми біосфери і особливостей людського буття в ній.

Метою даної роботи є: визначення основних характеристик біосфери, дослідження біосфери та її джерел енергії.

У зв'язку з поставленою метою можна формулювати такі завдання дослідження:

- розглянемо ключові положення вчення про біосферу, використовуючи роботи не тільки Вернадського, а й сучасних авторів, при цьому визначимо загальні уявлення щодо біосфери.

- розкриємо основні етапи розвитку біосфери.

- визначимо структуру та роль енергії в біосфері.

1. Загальні уявлення про біосферу

Планета Земля унікальна.На ній серед інших планет Сонячної системи в тонкому шарі, де взаємодіють воді(гідросфера),земля(літосфера) і повітря(атмосфера), мешкають живі організми. Цей шар називається біосферою.

Учення про біосферу В.І Вернадського посідає одне з центральних місць у сучасному природознавстві, в науці загалом. Воно визначає новітні ціннісні орієнтири у формуванні актуальної наукової картини світу,його гуманітарного,філософського розуміння і сприймання. При цьому наголос неодмінно зміщується на розкриття закономірностей історичного розвитку біосфери Землі, що є вкрай необхідним підгрунттям для прогнозування шляхів її подальшого розвитку та умови становлення ноосфери.

У славнозвісного французького геолога, палеонтолога і філософа П.Тейяра де Шардена біосфера - це життєва оболонка Землі й це сфера, котра нікуди не відпускає своїх компонентів. Розуміння кільцевого і поступального руху як спіралі , що здіймаються, а звдіси - картина біосфери як сфери( у просторі) й водночас як спіралі (у просторі - часі) образно використовується Тейяром де Шарденом для визначення еволюційної природи земної біосфери.

Нині біосфера розглядається як глобальна саморегулююча відкрита система, яка охоплює і активно перетворює речовинні й енергетичні характеристики літосфери, гідросфери й атмосфери завдяки невпинній діяльності живих організмів упродовж усієї геологічній історії Землі, що включає атмосферу, гідросферу, стратисферу,метаморфічні комплекси літосфери. Власне біосфера при цьому « підстелюється» метабісферою й «перекривається» пара біосферою (зона занесення повітряними потоками живих організмів) і апобісферою (верхня межа поширення форм життя у стані анабіозу). Метабіосфера є свого роду «колишніми біосферами» (термін Вернадського) - шари осадочних і метаморфічних порід стратосфери земної кори, що упродовж відповідних проміжків геологічного часу утворилися за участі життєдіяльності організмів минулого.

Біосфера сучасного етапу розвитку досить різноманітна за своєю структурою і складом, що безпосередньо співвідноситься з характером кліматичних і ландшафтних зон поверхні Землі. Жива речовина біосфери поширена на планеті нерівномірно. (мал.1)

Мал.1. Розподіл живих організмів у сучасній біосфері

Великі океанські простори відносно бідні на живу речовину,вона сконцентрована переважно на мілководді (до глибини 200 м) й прирічкових ділянках. Водночас майже 99% біомаси планети зосереджено на материках, які небезпідставно вважаються «головним плацдармом життя та ареною його еволюції». Саме тут знаходяться найскладніші біологічні угрупування, зокрема тропічні ліси, де налічується близько 1 млн різних видів біоти.

На суші найбільш насичений життям саме грунт,який, по суті, у далекому минулому створено організмами та який є унікальним резервуаром накопичення і збереження вологи і біогенних елементів. Концентрація життя у грунтовій плівці дуже висока: в 1 см лісового грунту налічується у середньому 10 млн бактерій, 200 тис. мікроскопічних водоростей тощо, а сумарна довжина гіфів грибів досягає 2 км.

Виразне згущення життя на суші властиве береговій зоні на межі з морським середовищем, у заплавах річок, у вологих тропічних лісах й почасти у лісах субтропіків та у стоячих водоймах. Маса рослинної речовини у вологих тропіках становить 65 кг на кожний м,а у тайзі - лише 20-25 кг. Сумарна мама рослинної речовини вологих тропічних лісів становить близько 60% усієї живої речовини нашої планети, десь 10% її зосереджено у заплавах і дельтах великих річок, що займають тільки 1% суші. До речі, якщо усю масу живої речовини Землі рівномірно розподілити на її поверхні, то утвориться шар завтовшки лише 2 см.

У загальній біомасі Землі домінантами виступають мікро-організми( починаючи з бактерій), що переважно здійснюють головні біогеохімічні та енергетичні функції біосферних процесів. Підраховано, що оновлення всієї живої речовини біосфери відбувається за 8-10 років, причому фіто маса суші оновлюється приблизно за 15 років, фіто маса океану- за 1 день,а вся океанічна біомаса - за 33 дні.

Визначальною характеристикою біосфери дійсно є жива речовина (існуючі та вимерлі організми), могутня різнобічна діяльність якої виступає осереддям цього природного феномена Землі. Поле стійкості життя (екстремальні межі виживання організмів) досить обширне: від найглибших океанічних пучин до атмосферних висот: 25-30 км. Поле існування життя( область можливого відтворення, розмноження організмів) значно менше: від дна Маріанського жолобу океану до вершини г. Еверест; анаеробна мікрофлора підземних вод сягає глибини до 3 км.

1.1 В. І. Вернадський про біосферу

Центральним у цій концепції є поняття про живу речовину, що В. І. Вернадський визначає як сукупність живих організмів. Крім рослин і тварин, В. І. Вернадський включає сюди і людство, вплив якого на геохімічні процеси відрізняється від впливу інших живих істот, по-перше, своєю інтенсивністю, що збільшується з ходом геологічного часу, по-друге, тим впливом, яке діяльність людей робить на іншу живу речовину.

Цей вплив позначається, насамперед, у створенні численних нових видів культурних рослин і домашніх тварин. Такі види не існували раніш і без допомоги людини або гинуть, або перетворюються в дикі породи. Тому Вернадський розглядає геохімічну роботу живої речовини в нерозривному зв'язку тварини, рослинного царства і культурного людства як роботу єдиного цілого.

На думку В. І. Вернадського, у минулому не додавали значення двом важливим факторам, що характеризують живі тіла і продукти їхньої життєдіяльності:

Відкриття Пастера про перевагу оптично активних з'єднань, зв'язаних з дисиметричністтю просторової структури молекул, як відмінної риси живих тіл;

Явно недооцінювався внесок живих організмів в енергетику біосфери і їхній вплив на неживі тіла. Адже до складу біосфери входить не тільки жива речовина, але і різноманітні неживі тіла, що В. І. Вернадський називає відсталими (атмосфера, гірські породи, мінерали і т.д.), а також і біокосні тіла, утворені з різнорідних живих і відсталих тіл (грунти, поверхневі води тощо). Хоча жива речовина по обсязі і вазі складає незначну частину біосфери, але воно відіграє основну роль у геологічних процесах, зв'язаних зі зміною вигляду нашої планети.

Оскільки жива речовина є визначальним компонентом біосфери, остільки можна стверджувати, що воно може існувати і розвиватися тільки в рамках цілісної системи біосфери. Не випадково, тому В. І. Вернадський вважає, що живі організми є функцією біосфери і найтіснішим образом матеріально й енергетично з нею пов'язані, є величезною геологічною силою, її визначальної.

Вихідною основою існування біосфери і що відбуваються в ній біогеохімічних процесів є астрономічне положення нашої планети й у першу чергу її відстань від Сонця і нахил земної осі до екліптики, чи до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землі визначає в основному клімат на планеті, а останній у свою чергу - життєві цикли всіх існуючих на ній організмів. Сонце є основним джерелом енергії біосфери і регулятором усіх геологічних, хімічних і біологічних процесів на нашій планеті. Цю її роль образно виразив один з авторів закону збереження і перетворення енергії Юліус Майер (1814 - 1878), який відзначив, що життя є створення сонячного променя.

Вирішальне відмінність живої речовини від відсталого полягає в наступному:

* Зміни і процеси в живій речовині відбуваються значно швидше, ніж у відсталих тілах. Тому для характеристики змін у живій речовині використовується поняття історичного, а у відсталих тілах - геологічного часу. Для порівняння зазначимо, що секунда геологічного часу відповідає приблизно ста тисячам років історичного;

* У ході геологічного часу зростають міць живої речовини і його вплив на відсталу речовину біосфери. Це вплив, указує В.І. Вернадський, виявляється насамперед "у безупинному біогенному струмі атомів з живої речовини у відсталу речовину біосфери і назад";

* Тільки в живій речовині відбуваються якісні зміни організмів у ході геологічного часу. Процес і механізми цих змін уперше знайшли пояснення в теорії походження видів шляхом природного добору Ч. Дарвіна (1859 р.);

* Живі організми змінюються в залежності від зміни навколишнього середовища, адаптуються до неї і, відповідно до теорії Дарвіна, саме поступове нагромадження таких змін служить джерелом еволюції.

В. І. Вернадський висловлює припущення, що жива речовина, можливо, має і свій процес еволюції, що виявляється в зміні з ходом геологічного часу, поза залежністю від зміни середовища.

Для підтвердження своєї думки він посилається на безупинний ріст центральної нервової системи тварин і її значення в біосфері, а також на особливу організованість самої біосфери. На його думку, у спрощеній моделі цю організованість можна виразити так, що жодна з крапок біосфери "не попадає в те ж місце, у ту ж крапку біосфери, у який коли-небудь була раніш". У сучасних термінах це явище можна описати як незворотність змін, які притаманні будь-якому процесу еволюції і розвитку.

Безперервний процес еволюції, що супроводжується появою нових видів організмів, впливає на всю біосферу в цілому, в тому числі і на природні біокосні тіла, наприклад, грунту, наземні і підземні води і т.д. Це підтверджується тим, що грунти і ріки девону зовсім інші, чим третинної і тим більше нашої епохи. Таким чином, еволюція видів поступово поширюється і переходить на всю біосферу.

Оскільки еволюція і виникнення нових видів припускають існування свого початку, остільки закономірно виникає питання: а є чи такий початок у життя? Якщо є, то де його шукати - на чи Землі в Космосі? Чи може виникнути живе з неживого?

Над цими питаннями протягом сторіч задумувалися багато релігійних діячів, представники мистецтва, філософи і вчені. В. І. Вернадський докладно розглядає найбільш цікаві точки зору, що висувалися видатними мислителями різних епох, і приходить до висновку, що ніякої переконливої ??відповіді на ці питання поки не існує. Сам він як учений спочатку дотримував емпіричного підходу до рішення зазначених питань, коли затверджував, що численні спроби знайти в древніх геологічних шарах Землі сліди присутності яких-небудь перехідних форм життя не увінчалися успіхом. У всякому разі деякі останки життя були виявлені навіть у докембрійських шарах, що нараховують 600 мільйонів років. Ці негативні результати, на думку В. І. Вернадського, дають можливість висловити припущення, що життя як матерія й енергія існує у Вселеної вічно і тому не має свого початку. Але таке припущення є не більше, ніж емпіричне узагальнення, засноване на тому, що сліди живої речовини дотепер не виявлені в земних шарах. Щоб стати науковою гіпотезою, воно повинно бути погоджене з іншими результатами наукового пізнання, в тому числі і з більш широкими концепціями природознавства і філософії. У всякому разі не можна не рахуватися з поглядами тих натуралістів і філософів, що захищали теза про виникнення живої матерії з неживий, а в даний час навіть висувають досить обгрунтовані гіпотези і моделі походження життя.

Припущення щодо абіогенного, чи неорганічного походження життя робилися неодноразово ще в античну епоху, наприклад, Аристотелем, що допускав можливість виникнення дрібних організмів з неорганічної речовини. З виникненням експериментального природознавства і появою таких наук, як геологія, палеонтологія і біологія, така точка зору зазнала критики як не обгрунтована емпіричними фактами. Ще в другій половині XVII ст. широке поширення одержав принцип, проголошений відомим флорентійським лікарем і натуралістом Ф. Реді, що все живе виникає з живого. Утвердженню цього принципу сприяли дослідження знаменитого англійського фізіолога Вільяма Гарвея (1578 - 1657), який вважав, що усяка тварина походить з яйця, хоча він і допускав можливість виникнення життя абіогенним шляхом.

Надалі, у міру проникнення фізико-хімічних методів у біологічні дослідження знову й усе наполегливіше стали висуватися гіпотези про абіогенне походження життя. Вище ми вже говорили про хімічну еволюцію як передумові виникнення предбіотичною, чи предбіологічною, стадії виникнення життя. З зазначеними результатами не міг не рахуватися В.І. Вернадський, і тому його погляди з цих питань не залишалися незмінними, але, спираючись на грунт точно установлених фактів, він не допускав ні божественного втручання, ні земного походження життя. Він переніс виникнення життя за межі Землі, а також допускав можливість її появі в біосфері за певних умов. Він писав: "Принцип Реді не вказує на неможливість абіогенез поза біосфери або при встановленні наявності в біосфері (тепер або раніше) фізико-хімічних явищ, не прийнятих при науковому визначенні цієї форми організованості земної оболонки".

Незважаючи на деякі протиріччя, навчання Вернадського про біосферу являє собою новий великий крок у розумінні не тільки живої природи, але і її нерозривного зв'язку з історичною діяльністю людства.

1.2 Сучасні явлення про біосферу

Еволюція біосфери тривала понад 3 млрд. років і відбувалась під впливом зовнішніх та внутрішніх чинників. Хоча сучасне уявлення про біосферу Землі багато в чому збігається з думкою В.І Вернадського, проте ряд фактів залишаються дискусійними, зокрема, межі біосфери, основи стійкості біосфери,тощо.

В сучасній науці біосфера є предметом детального вивчення. Як же розуміють сучасні вчені поняття біосфери?

Треба одразу зауважити, що оскільки різні вчені наслідували різні історичні наукові традиції, крім того, дослідники є представниками різних наук, єдиного визначення поняття біосфери немає, а існує багато різних визначень. Як правило, суттєвим в біосфері вважають певний аспект класичних уявлень про біосферу.

Так, певні автори (В.Ковда, А.Тюрюканов) підкреслюють, що біосфера - це оболонка Землі, склад, будова та енергетика якої зумовлені колишньою і сучасною діяльністю живих організмів. Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери.

Інші дослідники (А.Григорьев) визначаєють біосферу як сукупність живих істот на планеті. Дж.Хатчінсон розглядає біосферу як частину земної кулі, в межах якої існує життя.

М. Тимофєєв-Ресовський так структурує біосферу: біосфера в вузькому смислі слова, тобто сума живих організмів - "жива речовина" і область "колишніх біосфер", окреслена розрподілом на Землі біогенних осадових порід.

М.Вассаєвич розуміє біосферу як складну багатошарову оболонку Землі і позначає її терміном мегабіосфера. Вона склалася під впливом життєдіяльності організмів. Зверху відмежована атмосферою, знизу - геологічними покладами, в яких немає слідів життя. Мегабіосфера структурована наступним чином. Апобіосфера - частина біосфери, що знаходиться над шаром атмосфери, в якому перебувають живі форми в стані анабіозу. Парабіосфера - сфера анабіозних форм життя. Далі - власне біосфера. І потім - метабіосфера - глибокі оболонки Землі, котрі колись знаходились під впливом живої речовини.

Ю.Одум характеризує біосферу як найбільшу і найближчу за ознаками самозабезпечення до ідеалу екологічну систему. Біосфера включає всі живі організми Землі у взаємодії з фізичним середовищем, що забезпечує її цілісність та єдність. Одум також називає біосферу екосферою, підкреслюючи таким чином її екологічну сутність.

Такими є характерні точки зору і міркуваня про біосферу і її сутність. Вони демонструють різні сторони вивчення цієї складної екосистеми і відсутність єдиного її визначення.

2. Основні етапи еволюції біосфери

Можна умовно виокремити такі послідовні етапи еволюції біосфери: синтез простих органічних сполук,біогенез,антропогенез,техногенез і ноогенез.

1.Синтез простих органічних сполук(хімічна еволюція) в геосферах Землі здійснювався під дією ультрафіолетової радіації :метану,аміаку,водню,пари води. Початок етапу - 3,5-4,5 млрд років тому.

2.Біозенез- перетворення відсталої речовини геосфери Землі в живу речовину біосфери(утворення високомолекулярних органічних сполук з простих сполук під дією геофізичних чинників).

3.Антропогенез- поява людини і перетворення її на соціальну істоту, формування суспільної організації людських співтовариств у процесі виробничої трудової діяльності.. Початок етапу - 1,5-3 млн років тому( поява людини).

4. Техногенез - перетворення природних комплексів біосфери в процесі виробничої діяльності людини і формування техногенних і природно-технічних комплексів , тобто техносфери,як складової біосфери. Початок етапу- 10-15 тис. років тому(поява міських поселень).

5. Ноогенез - процес перетворення біосфери в стан розумово керованої соціально-природної системи(ноосфери). Її можна схарактеризувати як стан біосфери, за якого здійснюється: а)раціональне використання природи, тобто раціональне природокористування; б) стійкий розвиток світової людської спільноти.

Слід зазначити, що важливий вплив на еволюцію біосфери справив дрейф континентів,у результаті якого еволюція різних груп організмів пішла різними шляхами. Згідно з теорією дрейфу континентів, висунутою Альфредом Вегенером у 20-х роках XX ст., сучані континенти виникли з єдиного масиву суші, що одержав назву Пангея , який існував на нашій планеті ще в палеозої як острів у Світовому океані. Приблизно 200-250 млн років тому наприкінці палеозою - на початку мезозою Пангея «розкололася» на два великі масиви суші, які стали «розходитися», що зумовило формування нових океанів. Індія і континенти , що знаходяться зараз у Південній півкулі (Південна Америка,Африка,Антарктида,Австралія,) утворювали разом єдиний материк Гондвана. Нинішня Північна Америка,Європа і Азія утворили материк Лавразія.

В юрський період Гондвана і Лавразія відокремилися одна від одної. На той час еволюція динозаврів досягла досить виского ступеня, хвойні ліси існували вже впродовж мільйонів років, з`явилися перші птахи і ссавці. Ще до того як почався поділ Гондвани на південні континенти й Індію, що існують нині, динозаври і хвойні ліси зайняли панівне становище серед живих організмів . Після поділу Гондвани еволюція видів на різних континентах пішла різними шляхами. Так, сумчасті ссавці досягли великої різноманітності в Австралії і Південній Америці, тоді як плацентарні ссавці зайняли домінуюче становище на інших континентах.

Приблизно в цей же час відбувся поділ Лавразії ,де вже існували хижі,копитні гризуни,примати і багато інших ссавців. Тому не дивно,що північноамериканські, азіатські і європейські види ссавців пов`язані між собою ближчою спорідненістю,ніж із ссавцями Австралії і Південної Америки. Нинішні континенти сформувалися в основному наприкінці мезозою, близько 110 млн років тому, хоч Індія, переміщаючись на північ ,з`єдналася з Азією тільки 20-30 млн років тому. (мал..2)

Мал 2. Основні етапи розвитку біосфери

2.1 Еволюція біосфери Землі

Еволюція - це результат сукупної дії багатьох факторів і передусім - хімічних. Саме хімічні реакції складають основу всіх процесів у будь-якому організмі. Вся історія еволюційного розвитку біосфери розглядається протягом двох дуже тривалих проміжків часу - еонів, що складаються з двох інтервалів - криптозой ( гр. криптос - таємниця ) та фанерозой ( гр. фанерос - відкритий, гр. зоос - життя), протягом яких відбувалися еволюційні, тобто повільні зміни в біосфері. Вони складаються з ер (лат. ера - початок літочислення), епох і періодів. Біосфера еволюціонує за принципом одночасності перервності і неперервності розвитку. Процес поступових еволюційних змін організмів закономірно переривається фазами їх бурхливого розвитку та вимирання практично без перехідних палеонтологічних форм. біосфера мікроорганізм сонячний енергія

Двигун еволюції - хімічні реакції між простими сполуками - вода, аміак, оксид вуглецю, формальдегід за участю каталізаторів - неорганічних речовин та електричних розрядів. У результаті утворилися складні молекулярні структури - амінокислоти, білки, нуклеїнові кислоти.

Через само впорядкування, зменшення ентропії виникли надмолекулярні структури - органоїди, з яких побудовані клітини. Після хімічної еволюції 3,5 млрд років тому розпочалася біологічна еволюція, основу якої складають надскладні хімічні процеси в живих об'єктах, і яка триває й тепер.

Отже, основа еволюційних процесів - хімічні реакції, які відбуваються як у клітинах, так і поза ними, в оточуючому середовищі.

В цьому небезпека для сучасних біологічних процесів, бо через антропогенну діяльність середовище насичується дуже активними хімічними речовинами. Вони включаються в біохімічні процеси на молекулярно-клітинному рівні і викликають мутації в клітинах, тканинах, організмах. На ранніх етапах виникнення життя це сприяло утворенню життєвого різноманіття в подальших біологічних процесах - ерах. Але на сучасному етапі еволюції, через діяльність людини, виникла велика кількість різноманітних речовин - ксенобіотики, тератогени, мутагени, які негативно впливають на еволюційні процеси.

Основні первинні еволюційні процеси, які відбувалися протягом майже 4 мільярдів років, зображені на схемі (рис.4)

Рис. 4. Схема первинних еволюційних процесів

Перша ера - археозойська, або архейська (гр. архео - першо-початковий, початковий) - ера найдревнішого життя - почалася близько 3,5 млрд років тому і продовжувалася близько 2 млрд років. За цей час, поряд із формуванням твердої кори - літосфери, в результаті хімічних реакцій - хімічної еволюції, виникли спочатку білкові молекули, а потім примітивні живі об'єкти - віруси, бактерії, синьо-зелені водорості. Наприкінці ери клітини диференціювалися на рослинні і тваринні, тобто почалися процеси дивергенції - розбіжності у властивостях і ознаках.

Цей процес посилився в протерозойській (гр. - простий) ері - ера найпростішого, примітивного життя, коли почали формуватися умови для "виходу" рослин на сушу. В атмосфері з'являється кисень - 0,021 % (точка Кюрі), а пізніше - 0,21 % (точка Пастера). Ці процеси тривали ще майже 900 мільйонів років, а дві ери склали криптозойський еон.

Наступний еон - фанерозой складають три ери, що продовжувалися 600 млн років. Починає його палеозойська (гр. палео - старий, древній) ера, що продовжувалася 350 млн років. Ця ера почалася " біологічним вибухом", в результаті якого з'явилися панцирні риби, наземні рослини - псилофіти. Наприкінці ери, близько 400 млн років тому концентрація кисню в атмосфері складала вже понад 2% і тому почав формуватися озоновий екран. Завдяки йому стабілізуються життєві форми, зменшуються летальні мутації і виникають умови для активного розвитку тваринних форм життя - з'являються комахи, рептилії. Починають формуватися сучасні контури теперішніх материків.

Цей великий проміжок часу розділяють на шість періодів: кембрій (від древньої назви англійської провінції Уельс), який продовжувався 70 млн років; ордовик (від назви древнього кельтського племені) - тривав 70 млн років; силур (від назви кельтського племені) - продовжувався 30 млн років; девон (від назви графства Девоншир в Англії) - 60 млн років; карбон (від лат. - вугілля) - тривав 50 млн і пермський період - 70 млн років.

Наступна - четверта ера - мезозойська (гр. мезо - проміжний), або ера проміжного життя, для якого характерні перехідні форми, тобто такі, що існують на планеті і в даний час. Почалася вона 250 млн років тому і тривала 160 млн., які склали три періоди: триасовий (гр. триас - троїчність), юрський (від назви гір у Західній Європі -Юрські) і крейдяний.

Для цієї ери характерно поширення гігантських форм життя -папоротей, голонасінних рослин. Наприкінці ери змінюються кліматичні умови на планеті - відбувається глобальне похолодання, через що голонасінні рослини поступаються місцем покритонасінним, з'являються перші птахи.

Подальша еволюція всіх організмів продовжувалася в кайнозойській (гр. - крайній, теперішній) ері, або ері сучасного життя. Почалася вона 90 млн років тому і, як і попередня ера, складається з трьох періодів - палеоген, неоген, четвертинний (сучасний). Ця ера продовжується і тепер. Чи стане вона "крайньою", "останньою" для людини - буде залежати від неї. Для цієї ери характерно широке поширення покритонасінних

3. Енергетика біосфери

Головним джерелом енергії в біосфері є сонячна енергія. Певна кількість енергетичних ресурсів міститься в геофізичних та геохімічних структурах. Скажімо, йдеться про енергію атомного розпаду чи енергію хімічних реакцій. В кінцевому підсумку, звичайно, ці джерела енергії також детерміновані космогенними чинниками, однак їхні формотворення та прояви дають змогу розглядати їх як відносно незалежні від сонячної енергії. Особливо це стосується енергії хімічних реакцій, на використанні яких спеціалізується велика група організмів -- хемотрофи. Однак, по суті, на Землі не існує інших джерел енергії, окрім сонячної. Функції живої речовини та біосфери в цілому полягають у засвоєнні, накопиченні, трансформації та перерозподілі цієї вільної енергії. Загалом, біосфера виконує, таким чином, і фундаментальну космічну функцію, посилюючи негентропійні тенденції і протистоячи тенденціям ентропійним. Інакше кажучи, вона вносить в універсум більшу організованість, порядок, на противагу дезорганізаційним процесам, хаосу. Людина також включена у цей кругообіг, використовуючи акумульовану енергію та речовину для розбудови свого власного світу -- світу культури.

Сонячна енергія, здолавши відстань від світила до Землі, падає на поверхню планети. Одна частина її відразу відбивається атмосферою у міжпланетний простір, друга -- відбивається від земної кори, нагріваючи, таким чином, і її поверхню, і атмосферу. Від оптичної щільності атмосфери залежить, скільки сонячної енергії вона поглине: прозоріше повітря завжди холодніше, оскільки погано затримує сонячне проміння, і навпаки. У свою чергу, частина затриманої енергії використовується при фотосинтезі.

Співвідношення відповідних показників визначається такими величинами: якщо взяти всю падаючу на Землю енергію за 100 % (3х1024 Дж.), то у процесі фотосинтезу акумулюється 0,1 % цієї енергії (3х1021 Дж.), для приготування їжі використовується взагалі 0,001% (1,5х1019 Дж.). Слід зазначити, що до річного показника фотосинтезу нині майже сягають сукупні енергетичні витрати людства, але це відбувається і за рахунок енергетичних ресурсів, накопичених автотрофами у минулі геологічні епохи (вугілля, нафта, газ).

Здатність біосфери акумулювати енергію досягається завдяки обставинам двоякого характеру. З одного боку, у процесі еволюції виникли специфічні макромолекули та їхні комплекси (передовсім, хлорофіл, мітохондрії тощо), які роблять можливим хімічне протікання процесів перетворення та накопичення енергії з її наступним використанням для забезпечення життєвих процесів. З іншого боку, множинність та різноманітність ієрархічно організованих біосистем біосфери, включаючи її саму, уможливлюють енергетичні потоки між дискретними утвореннями в масштабах всієї планети, сприяючи, таким чином, глобальним енергетичним змінам. Причому останню функцію біосфера як самоорганізована система може виконати тим краще, чим складнішим та різноманітнішим буде якісний склад екосистем, чим складнішим структурно та функціонально будуть біосфера та її блоки. Виявляється, що рух у такому напрямку -- енергетично вигідний та конкурентоспроможний. А тому урізноманітнення видового складу біосфери -- вагома підстава до винайдення засобів досягти й утримати енергетичні та інші переваги.

Загалом, як влучно відзначив відомий фізик Ервін ШрьоДінгер, автор одного з наукових бетселерів XX ст. "Що таке життя з погляду фізики?", "жити -- означає всмоктувати в себе порядок з природного навколишнього середовища".

Енергетичні ресурси в біосфері не лише створюються нині існуючими організмами, а й нагромаджувалися у минулі геологічні часи. Тому реальна енергетика біосфери, а особливо енергетичні підвалини життєдіяльності людини, визначаються сукупним потенціалом вуглецю та вуглецевих сполук.

Слід зазначити, що нинішня цивілізація живе значною мірою саме "за рахунок" енергетичного потенціалу, нагромадженого до її виникнення. Спалюючи кам'яне вугілля, нафту, природний газ, люди вводять у нинішній енергетичний баланс фотосинтетичну продуцію минулих геологічних епох. Тому інколи кажуть, що люди вже "спалили", тобто витратили, майже 200 млн років еволюції -- нагромаджених за цей час розвитку органічного світу вуглецевих ресурсів.

3.1 Перетворення енергії в біосфері

З кругообігом речовин тісно пов'язане перетворення енергії в біосфері. Кількість сонячної енергії, яка досягає поверхні Землі, у районах з помірним або помірно жарким кліматом дорівнює в середньому 10 млрд. ккал на 1 га за рік. Але лише 1% сонячної енергії, що надходить на поверхню Землі, використовується рослинами на фотосинтез, тобто на створення органічних речовин. Із цієї відносно невеликої кількості значна частина енергії (більше 50%) йде на процеси життєдіяльності рослин (дихання та ін.) і неминуче розсіюється.

Відповідно через екосистеми проходить безперервний потік енергії, який, на відміну від кругообігу речовин, не є замкненим.

Кількість розсіюваної енергії може дорівнювати отримуваній, і тоді система існує з нульовим балансом. Але звичайно частина її накопичується у вигляді приросту біомаси або відкладень органічних решток у ґрунті чи на дні водойм.

Визначено, що при переході від однієї ланки харчового ланцюга до іншої розсіюється до 90% енергії, яка міститься в біомасі тих чи інших організмів. Наприклад, трофічний ланцюг водної системи може бути представлений так: фітопланктон (мікроскопічні водорості) > зоопланктон (дрібні рачки) > молодь риб > дорослі хижі риби (наприклад, окунь). Відповідно, для отримання 1 кг окунів має бути витрачено приблизно 10 кг риб'ячої молоді, 100 кг зоопланктону чи 1000 кг фітопланктону. Тому з цього можна зробити важливий практичний висновок -економічно більш вигідно використовувати господарсько цінні види, які мають короткі трофічні ланцюги.

Графічно трансформацію енергії на кожному рівні зображують у вигляді пірамід енергії.

Таким чином, основа біосфери - кругообіг органічної речовини, який здійснюється за участі всіх організмів, що населяють біосферу.

У закономірностях біологічного кругообігу полягає основа тривалого існування і розвитку життя. Запаси доступних мінеральних елементів, необхідних для здійснення життєвих функцій, не можуть бути безкінечними. Коли б вони тільки споживалися, то життя б рано чи пізно припинилося.

Зелені рослини створюють органічну речовину, незелені рослини і тварини руйнують її. З мінеральних сполук, отриманих від розпаду органічної речовини, нові зелені рослини будують нову органічну речовину, і так без кінця. З цієї точки зору, кожний вид організмів є важливою ланкою в кругових процесах елементів, у міграціях атомів. Використовуючи як засоби існування тіла чи продукти розпаду одних організмів, кожний вид повинен віддавати в середовище те, що можуть використовувати інші.

Отже,особливо велика роль у кругообігу речовин належить мікроорганізмам. Мінералізуючи органічні рештки тварин і рослин, мікроорганізми перетворюють їх у мінеральні солі і найпростіші органічні сполуки типу біогенних стимуляторів, які знову використовуються зеленими рослинами при синтезі нової органічної речовини.

Висновок

За результатами виконання поставлених у введенні завдань можна сформувати висновки щодо проведеної роботи.

Размещено на Allbest.ru