УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ В.И. ВЕРНАДСКОГО

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ В.И. ВЕРНАДСКОГО

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИКЛАДНОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

КАФЕДРА БИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ И ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ:

«УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

В. И. ВЕРНАДСКОГО»

ВЫПОЛНИЛА: СТУДЕНТКА ВЕТЕРИНАРНО-САНИТАРНОГО ФАКУЛЬТЕТА, 1-ГО КУРСА,

13-Й ГРУППЫ ЖЕРНОСЕКОВА О. В.

ПРОВЕРИЛА: ДОЦЕНТ ЧУЛКОВА Н. В.

МОСКВА 2000

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение………………………………………………...3

Основная часть……………………………………….4

Понятие о биосфере…………………………………….4

Учение В.И.Вернадского о биосфере……………...5-12

Формы биосферы…………………………………9

Состав биосферы………………………………….9

Элементы биосферы………………………………9

Структура и функции биосферы…………………..12-14

Границы биосферы…………………………………15-18

Живое вещество планеты…………………………...19-21

Функции живого вещества…………………………22-27

Энергетическая функция……………………..22-23

Фотосинтез…………………………………….24-25

Средообразующая функция………………….25-27

Заключение………….………………………………...28

Список литературы…………………………………29

ВВЕДЕНИЕ

“…Когда его избирали почетным членом научных учреждений, то это было

почетно и для самого Вернадского, однако не в меньшей мере и для тех

учреждений, которые его избирали…

Со времени расцвета его научного творчества прошло уже более полувека,

срок очень большой, однако в течение его не было ни одного ученого, который

мог бы сравняться с ним…

Стать новым Вернадским очень трудно, но тем не менее нашим молодым

ученым падать духом не следует. Дорога для них открыта широко… Если

поставить вопрос, будет ли кто-нибудь из них вторым Вернадским, то

положительный ответ дать трудно. Конечно, в природе все бывает, и надежды

терять не надо…

Самое важное это то, что каждый из нас может повысить качество своей

работы, может добиться новых, необходимых результатов, следуя примеру

Вернадского, изучая методику его работы, применяя особенности этой работы”.

Так говорил выдающийся геолог нашего времени, лауреат Ленинской премии

академик Дмитрий Васильевич Наливкин на 100-летнем юбилее Вернадского в

1963 году. (11)

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ПОНЯТИЕ О БИОСФЕРЕ

Понятие биосфера вошло в науку до некоторой степени случайно. Около

ста лет назад, в 1875 году, австрийский геолог Эдуард Зюсс, говоря о

различных оболочках земного шара, впервые употребил этот термин в последней

главе своей небольшой книжке о происхождении Альп. Однако эта концепция не

сыграла заметной роли в развитии научной мысли до тех пор, пока в 1926 году

не были опубликованы две лекции русского минералога Владимира Ивановича

Вернадского. Концепция биосферы, которую мы принимаем сейчас, в основном

опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Зюсса.

Сам Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы подошел французский

натуралист Жан Батист Ламарк, в чьих работах можно немало геохимических

идей, пусть и архаично изложенных. (6)

Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой

существует жизнь. Однако такое определение порождает ряд вопросов и требует

уточнений. Пропуская через фильтр воздух, взятый на больших высотах, можно

найти в нем споры бактерий и грибов. Но этот «аэропланктон», очевидно, не

имеет активного метаболизма. Даже на поверхности Земли немало мест, слишком

холодных, слишком жарких или слишком сухих, для того чтобы там могли

существовать организмы с активным метаболизмом. Но и в таких местах всегда

можно найти споры. Таким образом, оболочка Земли, называемая биосферой,

имеет неправильную форму, т. к. она окружена некоей «парабиосферной»

областью, в которой жизнь присутствует только в покоящемся состоянии. В

настоящее время живой организм может, конечно, существовать далеко за

пределами естественной биосферы, находясь в космическом корабле или

скафандре. Такие искусственные местообитания можно рассматривать как

участки биосферы, вырванные из нее и временно заброшенные в космос. (5)

Что же характерно для биосферы как особой оболочки земного шара? Во-

первых, это область, в которой имеется в значительных количествах жидкая

вода. Во-вторых, на нее падает мощный поток энергии от Солнца. Наконец, в-

третьих, в биосфере имеются поверхности раздела между веществами,

находящимися в жидком, твердом и газообразном состояниях

УЧЕНИЕ В. И. ВЕРНАДСКОГО

О БИОСФЕРЕ

Одним из выдающихся естествоиспытателей, который посвятил себя

изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик В. И. Вернадский.

Он стал основоположником научного направления, названного им биогеохимией,

которое легло в основу современного учения о биосфере.

До появления работ В. И. Вернадского роль живых организмов на Земле

представлялась ученым очень скромной. Действительно, казалось бы, какое

может быть сравнение последствий их жизнедеятельности с мощью внутренних

сил планеты, вздымающих высочайшие горы, разверзающих океанские пучины,

перемещающих целые континенты. (8)

В. И. Вернадский доказал, что, как бы слаб ни был каждый организм в

отдельности, все они, вместе взятые, на протяжении длительного отрезка

времени выступают как мощный геологический фактор, играющий существенную

роль в жизни нашей планеты. Геологическая деятельность живых организмов

проявляется как следствие следующих их особенностей: они теснейшим образом

связаны с окружающей средой и взаимодействуют с ней в процессе обмена

веществом и энергией; обмен веществ организмов со средой осуществляется в

процессе биологического круговорота; суммарный эффект результатов

деятельности организмов проявляется на протяжении очень длительных (сотен

миллионов лет) отрезков времени. Таким образом, приоритет в разработке

теоретических основ учения о биосфере принадлежит советским ученым.

По определениям ученых, возраст Земли равен приблизительно 5 млрд.

лет. Наиболее древние следы живых организмов найдены в Южной Африке

(Восточный Трансвааль), в толще горных пород, возраст которых равен 3,2

млрд. лет. Эти организмы напоминали современных нитчатых бактерий. Ученые

даже дали им название – эобактериум изолятум. Таким образом, можно считать,

что биосфера Земли возникла около трех миллиардов лет назад. (7)

Наземные организмы появились около 400 млн. лет назад. Это были первые

примитивные растения. С появлением на суше живых организмов и

возникновением растений начинается важнейший этап в истории развития

биосферы. С этого периода началось их быстрое распространение по планете, и

в настоящее время Землю населяет огромное количество разнообразнейших

растительных и животных организмов (см. табл.).

В 19 веке в России постепенно складывалось представление о единстве

человека и природы, о тех проблемах, с которыми неизбежно столкнется

человечество при необузданном стремлении всецело подчинить себе природу.

Вообще идея цельного знания, основанного на органической полноте жизни,

принадлежит русской философии. Она легла в основу направления общественной

жизни, получившего название «русский космизм». Именно тогда в научной среде

засверкали имена психолога и физиолога И. М. Сеченова, химика Д. И.

Менделеева, почвоведа В. В. Докучаева, основоположника космонавтики К. Э.

Циолковского. К плеяде этих выдающихся ученых принадлежит и В. И.

Вернадский. (13)

В 1926 году опубликовал в Ленинграде книгу под названием «Биосфера»,

которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней

человека. В этой работе биосфера впервые показана как единая динамическая

система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты.

«Биосфера – организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная

с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что взаимодействие живого

вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры,

благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные

процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и

биологических циклах.

В. И. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной

коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется

живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный

процесс – миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал

ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере

Таблица

Число основных типов растений и животных

(по П. П. Второву и Н. Н. Дроздову, 1974)

|Название типа |Приблизительно|Название типа |Приблизительно|

|организмов |е число видов |организмов |е число видов |

| | | | |

|Зеленые водоросли | 6 000 |Простейшие | 30 000 |

|Диатомовые водоросли |10 000 |Губки |5 000 |

|Бурые водоросли |1 000 |Кишечнополостные |9 000 |

|Красные водоросли |2 500 |Плоские черви |6 000 |

|Сине-зеленые водоросли |1 500 |Круглые черви |10 000 |

|Бактерии | | | |

|Грибы |5 000 |Кольчатые черви |7 000 |

|Лишайники |70 000 |Мшанки |3 000 |

|Мохообразные |30 000 |Моллюски |108 000 |

| |25 000 |Членистоногие без |70 000 |

|Плаунообразные | |насекомых | |

|Папоротники |1 000 |Насекомые |1 000 000 |

|Голосеменные |9 000 |Иглокожие |6 000 |

|Покрытосеменные |1 000 |Позвоночные |35 000 |

| |25 000 | | |

|Всего растений | 412 000 |Всего животных | 1 289 000 |

| Общее количество видов организмов |

|1 701 000 |

и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.

Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни,

населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Это

самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область системного

взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная

деятельность живых организмов в биосфере проявляется как геохимический

фактор планетарного масштаба.

Биосфера по вертикали разделяется на две четко обособленные области:

верхнюю, освещенную светом, - фотобиосферу, в которой происходит

фотосинтез, и нижнюю, «темную», - меланобиосферу, в которой фотосинтез

невозможен. На суше граница между ними проходит по поверхности Земли. (14)

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана

(20-25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до

глубинных слоев океана. В. И. Вернадский отмечал, что «пределы биосферы

обусловлены, прежде всего, полем существования жизни». На развитие жизни,

а, следовательно, и границы биосферы оказывают влияние многие факторы и

прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе.

Ограничивают область распространения жизни и слишком высокие или низкие

температуры. Элементы минерального питания также влияют на развитие жизни.

К ограничивающему фактору можно отнести и сверхсоленую среду (превышение

концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни

подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую

биосферы, которые отличаются геологическими, географическими,

биологическими, физическими и другими условиями. Нижний предел

распространения живого ограничивается дном океана (глубина около 11 км) или

изотермой в 100 град. C в литосфере (по данным сверхглубокого бурения на

Кольском полуострове эта цифра составляет около 6 км). Фактически жизнь в

литосфере прослеживается до глубины 3-4 км. Таким образом, вертикальная

мощность океанической биосферы составляет 17 км, сухопутной до 12 км.

Вверх, в атмосферу, биосфера простирается не выше наибольших плотностей

озонового экрана, что составляет 22-24 км. Следовательно, предел

протяженности биосферы на Земле выражается цифрой 33-35км, хотя

теоретически он может быть более широким. (1)

На основе работ В. И. Вернадского и других исследователей, внесших большой

вклад в изучение биосферы планеты, предлагается различать три основные ее

формы:

3. формы биологической систематики, включающие популяции, виды, роды,

семейства и др., принятые в ботанике и зоологии;

2. биогеографические формы – территории, характеризующие географическое

распространение и распределение растений и животных, специфику флоры и

фауны. Это биогеографические зоны, области и т.д. Отдельно выделяются

ботанико-географические и зоогеографические территории, дающие

представление о составе и характере флоры и фауны;

3. экологические формы, известные под названием экосистем

(биогеоценозов), экотопов, биотопов и др. Напомним, что биотоп – это

участок с однородными экологическими условиями, занятый определенными

биоценозами, экотоп – это место обитания сообщества. В отличие от биотопа,

понятие «экотоп» включает внешние по отношению к сообществу факторы среды.

Это совокупность абиотических условий неорганической среды данного участка,

представляющего собой местообитание конкретного сообщества. Экологические

формы определяют специфику изучения биосферы в экологических аспектах. (9)

Вещественный состав биосферы также разнообразен. В. И. Вернадский

включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных

частей:

. живое вещество;

. биогенное вещество – рождаемое и перерабатываемое живыми организмами

(горючие ископаемые, известняки и т. д.);

. косное вещество, образуемое без участия живых организмов (твердое, жидкое

и газообразное);

. биокосное вещество – косное вещество, преобразованное живыми организмами

(вода, почва, кора выветривания, илы);

. вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого

и актиноуранового ряда);

. рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

. вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли

и др. (2)

В строении и морфологии биосферы исключительно важное значение для

развития живого вещества имеют следующие ее элементы (сверху вниз):

. слой живого вещества, так называемая «пленка жизни»;

. педосфера, или почвенный покров;

. ландшафтно-экологические системы – функциональные системы,

включающие живые организмы и среду их обитания;

. кора выветривания, т. е. зона разрушения и преобразования горных

пород, их минерально-геохимических изменений в верхней части земной

коры под воздействием различных факторов;

. древняя биосфера (палеобиосфера) – комплекс горных пород, рельефа и

других ландшафтных компонентов, залегающих ниже современной

биосферы и погребенных под ее новейшими образованиями. Это горные

породы, рудные и нерудные минералы, химические элементы, широко

используемые в промышленности;

. многочисленные минералы верхней части земной коры и биосферы:

глины, известняки, бокситы и т. д.;

. природные воды осадочной оболочки;

. миллионы органических и органоминеральных соединений: уголь,

графит, гумусовые вещества, нефть, природные газы;

. минеральные ресурсы биосферы и земной коры, распространенные в

форме свободных элементов: меди, серебра, золота, висмута, платины

и т. д. Все они – главный источник сырья для металлургии,

химической промышленности и многих других отраслей. Их добыча и

использование в экономике растут год от года.

Из сказанного вытекает, что биосфера является результатом сложнейшего

механизма геологического и биологического развития косного и биогенного

вещества . С одной стороны , это среда жизни , а с другой – результат

жизнедеятельности . Главная специфика современной биосферы – это четко

направленные потоки энергии и биогенный ( связанный с деятельностью живых

существ ) круговорот веществ . (10)

Разрабатывая учение о биосфере , В.И. Вернадский пришел к выводу , что

главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество

растений . Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и

синтезировать первичные органические соединения . Для объяснения большой

суммарной энергии биосферы ученый произвел расчеты , которые действительно

показали огромное значение фотосинтезирующих растений в создании общей

органической массы . Ученый подсчитал , что поверхность Земли составляет

меньше одной десятитысячной поверхности Солнца. Общая же площадь

трансформационного аппарата зеленых растений зависимости от времени года

составляет уже от 0,86 до 4,2% площади поверхности Солнца . Разница

колоссальная . Этот зеленый энергетический потенциал и лежит в основе

сохранения и поддержания всего живого на нашей планете .

В.И. Вернадский так же, как и Ламарк 140 лет назад попытался дать

главные исчерпывающие признаки каждого царства живого. И чем больше он

вникал в проблему, тем более ясно становилось , что вырисовывается новый

разрез мира . В.И. Вернадский составил таблицу из 16-ти пунктов , где

рассмотрел несходство живого и неживого в физическом , химическом и

термодинамическом смысле .

Анализ таблицы показывал, что в природе нет никаких переходов от

неживого к живому : они настолько противоречивы , что живое ни при каких

условиях не может происходить от живого . Организм и косную материю

разделяет непроходимая стена . Принцип итальянского естествоиспытателя и

врача Франческо Реди , гласящий , что живое происходит только от живого ,

между живым и неживым веществом проходит резкая граница , хотя и имеется

постоянное взаимодействие , - получил свое подтверждение . (13)

СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ БИОСФЕРЫ

АТМОСФЕРА. Это воздушная оболочка, состоящая в основном из азота и

кислорода; достигает мощности до 20 тыс. км. В меньших концентрациях она

содержит углекислый газ и озон. Состояние атмосферы оказывает большое

влияние на физические, химические и особенно биологические процессы на

земной поверхности и в водной среде. Наибольшее значение для биологических

процессов имеют кислород атмосферы, используемый для дыхания организмов и

минерализации омертвевшего органического вещества, углекислый газ,

расходуемый при фотосинтезе, а также озон, экранирующий земную поверхность

от жесткого ультрафиолетового излучения. Вне атмосферы существование живых

организмов невозможно. Это видно на примере лишенной жизни Луны, у которой

нет атмосферы. Исторически развитие атмосферы связано с геохимическими

процессами, а также жизнедеятельностью организмов. Так, азот, углекислый

газ, пары воды образовались в процессе эволюции планеты благодаря (в

значительной мере) вулканической активности, а кислород – в результате

фотосинтеза.

ГИДРОСФЕРА. Вода является важной составной частью всех компонентов

биосферы и одним из необходимых факторов существования живых организмов.

Основная ее часть (95%) заключена в Мировом океане, который занимает

примерно 70% поверхности Земного шара. Общая масса океанических вод

составляет свыше 1300 млн. км 3. Около 24 млн. км 3 воды содержится в

ледниках, причем 90% этого объема приходится на ледяной покров Антарктиды.

Столько же воды содержится под землей. Поверхностные воды озер составляют

приблизительно 0,18 млн. км 3 (из них половина соленые), а рек – 0,002 млн.

км 3.

Количество воды в телах живых организмов составляет примерно 0,001

млн. км 3. Из газов, растворенных в воде, наибольшее значение имеют

кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах

изменяется в широких пределах в зависимости от температуры и присутствия

живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьирует. А общее

количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.

ЛИТОСФЕРА. Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы,

сосредоточена в почвенном слое, глубина которого обычно не превышает

нескольких метров. Почвы представлены минеральными веществами,

образующимися при разрушении горных пород, и органическими веществами –

продуктами жизнедеятельности организмов.

БИОТИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ. Главная функция биосферы заключается в

обеспечении круговоротов химических элементов. Глобальный биотический

круговорот осуществляется при участии всех населяющих планету организмов.

Он заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и

живыми организмами. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное

существование и развитие жизни при ограниченном запасе доступных химических

элементов. Используя неорганические вещества, зеленые растения за счет

Страницы: 1, 2