Учение вернадского о биосфере, биология

Согласно взглядам академика Владимира Вернадского, основоположника современного учения о биосфере, с момента возникновения жизни на нашей планете (3-4 миллиарда лет назад) происходил процесс формирования биосферы — единой системы, в которую входили живая и косная (неживая) материи.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Об этом уже было сказано, но лишний раз повторить не мешает — биосфера (биологическая земная оболочка) не только территория нашей планеты, охваченная жизнью, но и структурно ею организованная. Живая материя влияет на неживую, изменяя ее!

Вернадский писал: ««Биосфера — это планетное явление космического характера, ее важной особенностью, главной геологической силой является жизнь — «живое вещество», не просто населяющее биосферу, а преобразующее облик Земли».

Владимир Иванович Вернадский (1864-1945)

• Основой учения Вернадского о биосфере является понятие о живом веществе и его роли в биосферных процессах.
• Вернадский выявил следующие особенности живого вещества:
• Несмотря на значительное различие в формах и размерах живых организмов, для живого вещества характерно одно общее свойство — физико-химическое единство.

В живых организмах химические реакции, за счет участия в них ферментов, протекают намного быстрее, чем в неживом веществе и для их протекания не требуются жесткие условия (высокая температура и др.).

Химические реакции в живых организмах упорядочены. Они проводятся по заданной генами программе.

Химические связи, образующиеся в живом веществе, заключают в себе достаточно много энергии (вспомним про АТФ). Живое вещество является преобразователем и накопителем энергии солнечного излучения.

Благодаря такому свойству, как подвижность, живое вещество заполняет собой все доступные для жизни среды. Такое «растекание» живого вещества называется «давлением жизни». Перемещаясь, живое вещество переносит органические вещества и накопленную в себе солнечную энергию.

Этот перенос происходит также и против сил неживой природы (в горизонтальном направлении, вверх) и переносит вещества.

Вернадский выделял две формы движения живого вещества: пассивную, возникающую за счет роста и размножения организмов, и активную, возникающую в результате перемещения организмов.

1. По сравнению с косным веществом, живое характеризуется гораздо большим морфологическим и химическим разнообразием.
2. Живое вещество обладает способностью к постоянному обновлению за счет размножения, обеспечивающего смену поколений.
3. Для живого вещества характерно эволюционное развитие.

В ходе эволюции живое вещество выполняет геологическую работу, в результате которой возрастает биологическая масса, увеличивается разнообразие форм жизни, изменяется среда обитания. Эта работа приводит к изменению физико-химических свойств биосферы.

Живое вещество — преобразователь биосферы! Ознакомимся с его основными функциями:

Газовая функция живого вещества выражается в выделении свободного кислорода и его в переходе в озон; в выделении свободного азота, сероводорода, метана и других газов при разложении живого вещества; в поддержании на определенном уровне количества углекислого газа в атмосфере. Живое вещество сформировало нынешний состав атмосферы и поддерживает его.

С газовой функцией связаны два переломных (критических) периода в эволюции биосферы, которые называются первой и второй точками Пастера в честь известного французского ученого Луи Пастера.

Первая точка относится к периоду эволюции (примерно 1,2 млрд. лет назад), в котором содержание кислорода в атмосфере Земли достигло примерно 1% от современного уровня. Стало возможным появление первых аэробных организмов.

Вторая точка Пастера относится к периоду, в котором содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 10% от современного уровня (примерно 420 млн. лет назад).

Такая концентрация создала условия для синтеза озона и образования озонового слоя в стратосфере. После того, как у нашей планеты появился «озоновый щит», стала возможной жизнь на суше.

До того от губительного воздействия коротких ультрафиолетовых волн живое вещество защищала вода.

Биогеохимическая функция заключается в поступлении химических элементов Земли в живые организмы и возвращение этих веществ путем в окружающую среду (воду, почву, атмосферу).

Концентрационная функция заключается в извлечении из окружающей среды и накоплении химических элементов, необходимых для построения тел живых организмов.

Концентрационная способность живого вещества весьма велика, она на несколько порядков может превышать содержание атомов химических элементов в окружающей среде.

Так, например, содержание углерода в растениях в 200 раз превышает его содержание в земной коре, а азота — в 30 раз. Результатом концентрационной деятельности живого вещества может стать образование из их останков залежей полезных ископаемых — нефти, каменного угля, горючих сланцев, осадочных пород и т.п.

Органическое (биогенное) выветривание — разрушение горных пород под воздействием живых организмов

Рассеивающая функция противоположна концентрационной. Рассеивание веществ в окружающей среде происходит при выделении организмами экскрементов, при линьке и т.п.

Окислительно-восстановительная функция, как видно из названия, заключается в окислении и восстановлении различных веществ с участием живых организмов.

Биохимическая или энергетическая функция — связывание и запасание солнечной энергии в живом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации вещества.

Деструктивная функция заключается в разрушении организмами и продуктами их жизнедеятельности (в том числе и после смерти организмов) остатков органического вещества и косных веществ (некоторые грибы и бактерии).

Не будь в природе «деструкторов», уничтожающих органические остатки, круговорот веществ и энергии не смог бы осуществляться. Поверхность планеты была бы покрыта толстым слоем остатков растений и трупов животных.

У вас может возникнуть вопрос: «Как и кто уничтожает косное вещество?». Вспомните о разрушении горных пород, которое производят лишайники, грибы и бактерии, а помогают им растения, чьи корневые системы прорастают в мельчайшие трещины.

Транспортная функция заключается в переносе вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Подобный перенос может осуществляться на огромные расстояния (при сезонных миграциях животных).

Информационная функция заключается в накоплении живыми организмами определенной информации, закреплении ее в наследственных структурах и передаче последующим поколениям.

Средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических параметров среды. Она представляет собой результат совместного действия всех остальных функций.

• В отдельную функцию из-за ее важности выделяют биогеохимическую деятельность человека — изменение биосферы для своих хозяйственных и бытовых нужд.
• «На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом», писал Вернадский.
• Он сформулировал пять постулатов, относящихся к биосфере:

Постулат первый: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». То есть первобытная биосфера изначально была представлена богатым разнообразием форм жизни.

Постулат второй: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте. Первое появление жизни должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».

Постулат третий: «В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением».

Говоря о химических функциях, Вернадский имел в виду глобальные функции, благодаря которым осуществляется обмен веществ и энергии.

В процессе эволюции отдельные (можно сказать — «второстепенные») химические функции живых организмов могут изменяться, но глобальные остаются постоянными.

Постулат четвертый: «Живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают одно из грандиознейших планетных явлений — миграцию химических элементов в биосфере, поэтому на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас». Четвертый постулат по сути является расширенным толкованием постулата третьего.

Постулат пятый: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами». Обмен веществ и энергии, а также воспроизводство происходят на клеточном уровне, так что это утверждение верно.

Суть концепции эволюции биосферы, созданной Вернадским заключается в том, что биосфера формируется под воздействием живых организмов и вместе с ними находится в постоянном процессе эволюции.

Первыми обитателями биосферы нашей планеты были гетеротрофные анаэробные организмы Мирового океана. Гетеротрофными называются организмы, неспособные образовывать органические вещества из неорганических и питающиеся готовыми органическими веществами. Например, большинство животных — гетеротрофы.

Пищей для гетеротрофных анаэробных организмов служили органические вещества, возникших в результате сложных химических процессов, протекавших в Мировом океане. Гетероторфов становилось все больше и больше, а запасы органических веществ уменьшались. В ходе эволюции появились анаэробные автотрофные организмы, т.е.

способные самостоятельно создавать органические вещества в процессе фотосинтеза, используя для этого солнечную энергию. В результате жизнедеятельности анаэробных автоторфов в атмосферу стал выделяться кислород.

Постепенно его скопилось столько, что стало возможным появление аэробных организмов (первая точка Пастера!). «Можно сказать, что свободный кислород на нашей планете в своей подавляющей массе создается кислородно-углекислотной функцией живого хлорофильного вещества», писал Вернадский.

Строение организмов усложнялось, появлялись новые виды, вместе с эволюцией форм жизни происходила (и происходит) эволюция биосферы.

Вернадский выделял три этапа развития биосферы:

Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы под воздействием геохимических и климатических изменений на нашей планете. На этом этапе жизнь была представлена прокариотами — одноклеточными живыми организмами, не обладающими оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. Пример прокариотов — бактерии.

Биологический круговорот, постоянную циркуляцию химических элементов между живыми организмами, атмосферой, гидросферой и почвой, Вернадский назвал главной силой, организующей биосферу в единую самоподдерживающуюся биологическую систему.

Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления эукариотных организмов, клетки которых имели оформленное ядро и органоиды. В ходе биологической эволюции появляются новые виды живых организмов, как одноклеточных, так и многоклеточных, растет их численность.

Третий этап начался с возникновения человека и формирования человеческого общества. Этот этап характеризуется постепенным превращением биосферы в ноосферу.

Ноосферой называется состояние биосферы, решающим фактором развития которой является разумная деятельность человека.

Третий этап определяется целенаправленной деятельностью человеческого разума, в отличие от первого и второго, которые протекали под действием природных процессов.

Поделиться ссылкой

Основные положения учения Вернадского о биосфере

Владимир Иванович Вернадский – выдающийся русский ученый XIX-XX вв., оставивший заметный след в отечественной науке.

 Создатель учения о биосфере, которое легло в основу современных прогрессивных теорий в области биологии, геологии, почвоведения и минералогии. Учение В.И.

 Вернадского объясняет взаимодействие разнородных по своей структуре элементов земной поверхности в единой системе – биосфере.

История создания учения

В. Вернадский

Весь накопленный человечеством к концу XIX века мыслительный опыт требовал систематизации знаний о “живом слое земли”. Многообразие взаимосвязей живых организмов с окружающей их средой интересовало многих мыслителей еще в средние века, самим термином “биосфера” наука обязана Зюссу, австрийскому геологу, предложившему его в 1875 году.

Но является основоположником учения о биосфере именно Вернадский – Владимир Иванович первым дал определения составляющих ее частей.

 Учение Вернадского базируется на глубоких знаниях русского ученого в области биологии, биогеохимии и других наук, без которых невозможно системное понимание происходящих в живой природе процессов.

До периода работы над своим фундаментальным учением автор изложил его основы в научных работах в области химии, минералогии, биохимии. Само учение о биосфере как самостоятельный научный труд было создано в 1926 году.

Понятие биосферы и ноосферы

Хотя термин “биосфера” был введен в науку до учения Вернадского, именно его его трактовка стала общеупотребительной. Сам Вернадский определял биосферу как “область существования живого вещества”, включая в нее три оболочки нашей планеты: литосферу, гидросферу и атмосферу. Другими словами, эта сложнейшая система охватывает собой все места существования жизни Земле:

• сушу (на поверхности и в недрах почвы);
• воду и подводное пространство;
• воздушную прослойку Земли.

Далее учение о биосфере развивалось, в современной трактовке появилось новое определение биосферы. В него добавилась та часть планетарной материи, которая находится в непрерывном процессе обмена с живыми организмами.

Основные положения учения Вернадского заключаются в постоянстве количества живого вещества на Земле, зависимости живой материи от энергии Солнца и вулканического тепла, признании происхождении живых организмов только от себе подобных (жизнь – из жизни), ведущей роли зеленых растений в усвоении энергии Солнца (фотосинтез). Русский ученый также доказал, что современная жизнь на планете связана генетически с жизнью прошедших эпох.

Границы и слои биосферы

По Вернадскому, принадлежность планетарного вещества к биосфере определяется наличием в нем тех или иных форм жизни.

Воздушная среда в биосфере является верхним слоем.

Его границы определяются уровнем проникновения агрессивного ультрафиолетового излучения: наверху тропосферы (надвоздушной оболочки Земли) жесткий ультрафиолет не дает развиваться живым организмам, а значит, границы биосферы заканчиваются.

Верхняя граница биосферы находится на высоте 20 км над уровнем моря.

Структура биосферы

Состав биосферы по Вернадскому представлен следующими структурами:

1. Живое вещество. Ученый определял его как совокупность всех живых существ, населяющих планету в текущее время.

2. Биогенная материя. Это продукты жизнедеятельности живых существ.

3. Косное вещество. По учению Вернадского, это элемент биосферы, который образуется без вклада живой материи. К косному веществу ученый относил горные породы (небиогенные), а также минералы.

4. Биокосное вещество. Этот структурный элемент биосферы образован взаимодействием живого вещества и неживых структур. К биокосному веществу ученый относил воду, почву, атмосферу у поверхности Земли.

Свойства и основные функции

Энергетическая функция. Живые существа накапливают энергию Солнца, потребляя на собственные нужды около 15% ассимилированной энергии. Оставшаяся часть накапливается в биосфере, преобразуется и рассеивается в ней.

Газообразующая функция. Подавляющее большинство основных газов биосферы синтезируется и преобразуется живым веществом. В поддержании постоянства газового состава Земли биосфера играет важнейшую роль.

Концентрационная функция. Живое вещество биосферы способно избирательно концентрировать химические элементы, и далее служить для человека либо источником питательных веществ, либо нести опасность (например, отравления тяжелыми металлами).

Деструктивная функция. Живое вещество бесконечно вовлекает неживые структуры в метаболический круговорот, что порождает перетекание живых структур в неживые и обратно.

Средообразующая функция. Это сумма всех вышеперечисленных функций биосферы, позволяющая преобразовывать окружающую среду в подходящую для развития жизни в ней.

Состав и распределение биомассы на планете

• растения (450 ГтС);
• бактерии (70 ГтС);
• грибы (12 ГтС).

Значение теории Вернадского для науки в том, что это учение связывает все живое на планете в единую систему, каждый элемент которой влияет на все остальные. Человек, как мыслящее существо, обязан делать все для того, чтобы свести к минимуму свое негативное влияние на биосферу планеты.

Учение Вернадского о биосфере и ноосфере кратко – положения, роль, сущность

Большие достижения в естественных науках совершил В.И. Вернадский. У него есть множество работ, и он стал основателем биогеохимии – нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.

На сегодняшний день существует несколько понятий биосферы, основным среди которых считается следующее: биосфера – это среда существования всех живых организмов.

Область охватывает большую часть атмосферы и заканчивается в начале озонового слоя. Также в биосферу входит вся гидросфера и некоторая часть литосферы.

В переводе с греческого слово означает «шар» и именно в пределах этого пространства обитают все живые организмы.

Ученый Вернадский считал, что биосфера – это организованная сфера планеты, которая находится в контакте с жизнью. Он первый создал целостное учение и раскрыл понятие «биосферы». Работа российского ученого началась в 1919 году, а уже в 1926 гений презентовал миру свою книгу «Биосфера».

Согласно Вернадскому биосфера – это пространство, область, место, которое состоит из живых организмов и среды их обитания. Кроме того, ученый считал биосферу производным. Он утверждал, что она является планетарным явлением, имеющим космический характер.

Особенностью данного пространства является «живое вещество», которое населяет пространство, а также придает уникальный облик нашей планете. Под живым веществом ученый понимал все живые организмы планеты Земля.

Вернадский считал, что на границы и развитие биосферы влияют различные факторы:

• живое вещество;
• кислород;
• углекислый газ;
• вода в жидком состоянии.

Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества и чрезмерно соленая вода.

Изначально Вернадский считал, что биосфера состоит из семи разных веществ, связанных между собой геологически. К ним относятся:

• живое вещество – данный элемент состоит из огромной биохимической энергии, которая создается в результате непрерывного рождения и умирания живых организмов;
• биокосное вещество – создается и перерабатывается благодаря живым организмам. К данным элементам относится почва, горючие ископаемые и др.;
• косное вещество – относится к неживой природе;
• биогенное вещество – совокупность живых организмов, например, лес, поле, планктон. В результате их гибели образуются биогенные породы;
• радиоактивное вещество;
• космическое вещество – элементы космической пыли и метеориты;
• рассеянные атомы.

Чуть позже ученый пришел к выводу, что в основе биосферы лежит живое вещество, под которым понимается совокупность живых существ, взаимодействующих с неживым костным веществом.

Также в биосфере есть биогенное вещество, которое создается с помощью живых организмов, а это преимущественно горные породы и минералы.

Помимо этого, в биосферу входит биокосное вещество, произошедшее вследствие взаимосвязи живых существ и косных процессов.

Вернадский тщательно изучал свойства биосферы и пришел к выводу, что основой функционирования системы является бесконечный круговорот веществ и энергии. Данные процессы возможны только в результате деятельности живого организма. Живые существа (автотрофы и гетеротрофы) создают необходимые химические элементы в процессе своего существования.

Так, с помощью автотрофов происходит преобразование энергии солнечного света в химические соединения. Гетеротрофы, в свою очередь, потребляют созданную энергию и приводят к разрушению органических веществ до минеральных соединений. Последние являются фундаментом для создания новых органических веществ автотрофами.

Таким образом, происходит цикличный круговорот веществ.

Именно благодаря биологическому круговороту биосфера представляет собой самоподдерживающуюся систему. Циркуляция химических элементов является основополагающей для живых организмов и существования их в атмосфере, гидросфере и почве.

Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос».

Ученый обозначил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу вместе с океаническими глубинами, земную поверхность (верхний слой литосферы) и часть атмосферы до уровня тропосферы.

Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится.

Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете.

Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения:

• биосфера является организованной системой;
• живые организмы являются доминирующим фактором на планете, и они сформировали современное состояние нашей планеты;
• на земную жизнь оказывает влияние космическая энергия

Таким образом, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Многие его утверждения актуальны на сегодняшний день. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут.

Работы известного российского ученого распространены по всему миру и используются в наше время. Широкое применение учений Вернадского можно увидеть не только в экологии, но и в географии.

Благодаря работам ученого охрана и забота о человечестве стала одной из самых актуальных задач на сегодняшний день. К сожалению, с каждым годом проблем с окружающей средой становится всё больше, что ставит под угрозу полноценное существование биосферы в будущем.

В связи с этим, необходимо обеспечить устойчивое развитие системы и минимизировать развитие негативных воздействий на окружающую среду.

В чем заключается сущность учения вернадского о биосфере

Труды выдающегося русского ученого-геохимика В.И. Вернадского заложили основы биогеохимии и учения о биосфере. Его достижения в естественных науках известны во всем мире и до сих пор вызывают интерес в научном мире. Особую популярность академику принесла монография, в которой он представил свою знаменитую концепцию о биосфере.

Учение Вернадского о биосфере

В 1926 году русский геохимик В.И. Вернадский опубликовал монографию «Биосфера». К тому времени науке уже была знакома теория существования на планете особого пространства, в котором обитают живые организмы.

Впервые термин «биосфера» был предложен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году, однако ученый не сформировал для него точного определения. Целостное учение о новой науке представил Вернадский. Обобщив труды Ч. Дарвина, Д.И. Менделеева, А.

Эйнштейна и многих других известных естествоиспытателей, он смог дать понятию определение. 

​Биосфера — это наружная оболочка планеты, которая включает в себя все живые организмы и среду их обитания. В ее состав входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы и вся гидросфера.

Биосфера включает в себя всю поверхность земли, а также часть ее недр, в которых расположены породы, возникшие в результате деятельности живых организмов. Ученый впервые описал биосферу как динамичную систему, в которой живая и неживая природа Земли взаимодействуют, составляя единый целостный механизм.

Вернадский считал, что изучение человеческой природы и особенностей ее взаимодействия с окружающими миром необходимо начинать с самых основ. То есть с начала появления на Земле растений, зверей, людей и других организмов.

Для этого в своих работах он изучал компоненты биосферы, ее границы, особенности развития и эволюционные процессы.

Высший уровень развития биосферы Вернадский называл ноосферой, когда разумная деятельность человека является определяющим фактором развития жизни.

Таким образом, ученый сформировал учение, которое позволило применить новый подход к проблемам сохранения и развития жизни, а также к изучению самой планеты.

Владимир Иванович Вернадский. Источник: wikimedia.org

Сущность и состав биосферы

Вернадский определяет биосферу как «лик земли» — наружную часть или поверхность, которая служит границей между землей и космосом.

Биосфера поглощает космические излучения, исходящие от всех небесных тел, среди которых только солнечные лучи определяют основные признаки ее механизма.

Солнечная энергия превращается в биосфере в земные силы, частью которых являются и живые организмы.

По Вернадскому биосфера состоит из:

• живого вещества;
• косного (неживого) вещества;
• неживого биогенного вещества;
• биокосного вещества.

Живое вещество в учении академика играет ведущую роль, представляя собой совокупность всех живых организмов, населяющих пространство планеты.

Вернадский полагал, что химическая энергия биосферы в своей активной форме возникает у энергии Солнца совокупностью живым организмов — живым веществом земли.

Из этого следует, что с прекращением жизни прекратятся и химические изменения на поверхности Земли, то есть в биосфере.

Количество живого вещества он называл биомассой, величина которой за все время почти не изменилась. Это означает, что все живые вещества, когда-либо проживавшие на Земле, не отличались друг от друга. При этом для сохранения жизни они нуждаются в воде, минеральных веществах, оптимальной температуре и др.

Косное вещество представляет собой совокупность таких веществ в биосфере, которые образуются в результате процессов, не связанных с участием живых организмов. К косным веществам относятся глубинные породы, выбрасываемые вулканами, магматические происхождения, осадочные породы и т.д.

Биогенными веществами Вернадский называл органические образования, возникшие в ходе деятельности живых существ современной и прошлых геологических эпох. Они представляют собой остатки умерших организмов и продуктов жизнедеятельности. К примеру, уголь, торф, газы атмосферы, мел, почвенный гумус и т.д.

Биокосное вещество возникает из взаимодействия живых организмов с косными неживыми веществами. К таким образованиям можно отнести почву, воду обитаемых водоемов, глинистые минералы и т.д.

Границы биосферы, согласно учению Вернадского, заканчиваются там, где останавливается распространение живых организмов, так как условия жизни за границами биосферы неблагоприятны для жизни. Биосфера является единственной областью земной коры, где есть жизнь.

Взаимодействие «лика земли» с живыми организмами устроено так, что после смерти они отдают ей свои атомы и непрерывно берут атомы у нее.

При этом в пределах биосферы не существует полностью безжизненных участков, так как даже в самых непригодных условиях можно найти бактерии и другие микроорганизмы.

Источник: unsplash.com

Эмпирические обобщения В.И. Вернадского

Исследование Вернадского разрушило все прошлые представления о биосфере и составе земной коры, которых придерживались ученые прошлых поколений. Опираясь на свои наблюдения и факты, выявленные индуктивным методом, он составил эмпирическое обобщение, в основу которого легли следующие положение о биосфере:

1. Постоянное существование жизни подразумевает, что на протяжении всех геологических периодов не было эпохи, лишенной жизни. Из этого следует, что современные живые вещества генетически связаны с живыми организмами предшествующих периодов. При этом условия окружающей среды тоже не подверглись особенным изменениям.
2. Неизменность среднего химического состава живого вещества и земной коры, при которой не менялось и количество живых организмов.
3. Энергия, выделяемая организмами, представляет собой лучистую энергию Солнца. Через организмы она контролирует химические проявления земной коры.

Свойства биосферы по Вернадскому

Глубоко изучив природу биосферы, Вернадский выделил признаки, которые характеризуют ее наиболее полно.

1. Непрекращающийся круговорот веществ и энергии. Все атомы в биосфере находятся в постоянном и непрерывном движении. Они образуют миллионы разнообразных соединений, и этот процесс продолжается бесконечно не протяжении всего геологического времени. Непрерывность круговорота объясняется тем, что живые вещества являются самой могущественной химической силой, которая поддерживает существование биосферы. Они производят необходимые элементы — автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы участвуют в преобразовании солнечной энергии в химические соединения, а гетеротрофы потребляют получившуюся энергию и приводят к расщеплению органических веществ до минеральных соединений. Этот процесс имеет цикличный характер и является главным условием существования живых организмов в атмосфере, почве и гидросфере.
2. Способность к самовоспроизведению. Это свойство подразумевает беспрерывное движение организмов путем размножения, которое ученый считал самым важным признаком механизма биосферы.Процесс, в ходе которого производится огромная геохимическая работа, представляет собой форму проникновения энергии солнечного луча и ее распределения по поверхности планеты. Эту способность к размножению Вернадский назвал «растеканием жизни». Размножаясь, организмы захватывают всю поверхность земли, и если какая-то часть остается безжизненной в короткий срок, вскоре ее населяют живые организмы. Этот признак биосферы ученый назвал «всеюдностью жизни». При этом он выделял участок с наиболее высокой концентрацией жизни — «слой живого вещества» или «пленка жизни». Эта область населена около 500 видами растений и животных и почти 1 млн видов бактерий.
3. Тесная связь живых организмов с неживыми веществами. Живые организмы и окружающая среда составляют единую целостную систему, части которой находятся в тесном взаимодействии. Живое вещество приспосабливается ко всем изменениям условий среды, меняя свою форму или функции, но не состав. При этом неживое вещество претерпевает множество изменений. К примеру, гранит, образованный под воздействием высоких температур и давления, после попадания на поверхность земли начнет адаптироваться к новым условиям. Но также во влажном климате он изменит свои свойства и станет другим веществом в химическом и физическом отношении.
4. Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество распространяется по всей земной поверхности в результате работы, которую производит жизнь. Этот процесс заключается в переносе химических элементов и создании из них новых тел. При этом мелкие организмы размножаются намного быстрее крупных. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
5. Жизнь полностью определяется полем устойчивости зеленой растительности. Только зеленая часть живого вещества — растительность, содержащая хлорофилл — использует световой солнечный луч для создания химической энергии путем фотосинтеза. С этой зеленой частью неразрывно связан весь живой мир.

Если вам нужна помощь в подготовке доклада об учении Вернадского или на любую другую тему, обращайтесь к специалистам сервиса ФениксХелп.

Учение о биосфере

Учение о биосфере Земли — одно из крупнейших и наиболее интересных обобщений современного естествознания. Оно является научной основой для исследования природных объектов и комплексного подхода при организации современного производства.

Жизнь на планете протекает и развивается лишь в тонком слое атмосферы, гидросферы и литосферы. Вот эту тонкую земную оболочку, населенную организмами, принято называть биосферой.

Биосфера — область «жизни», пространство на поверхности земного шара, в котором обитают живые существа.

Величие В.И. Вернадского в том, что он впервые понял и научно обосновал единство человека и биосферы. Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) — крупный отечественный ученый, минералог и кристаллограф, один из основоположников геохимии и биогеохимии.

Суть этого учения: биосфера – это качественно своеобразная оболочка Земли, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов.

Основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере.

Прежде всего, В.И. Вернадский определил пространство, охватываемое биосферой Земли. Биосфера (греч. «биос» — жизнь; «сфера» — шар) — оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросферу. Планета Земля характеризуется наличием трех поверхностных геосфер — гидросферы, литосферы, атмосферы.

Гидросфера, или водная оболочка Земли, представлена океанами, морями, озерами, реками и искусственными водоемами. Водная оболочка покрывает около 71% поверхности земного шара, наибольшая глубина в западной части Тихого океана достигает 11,5 км (Марианская впадина).

Литосфера, или земная кора, представляет собой внешнюю твердую оболочку земного шара мощностью в несколько десятков километров. В контексте биосферы под литосферой обычно понимают только поверхностную ее часть — почву. Атмосфера, или воздушная оболочка, состоит из нескольких слоев: тропосферы до 15 км высоты над поверхностью Земли; стратосферы, с озоновым экраном, простирающейся до 100 км высоты; ионосферы, представляющей слой разреженного газа, высотой до 500 км. Биосфера включает в себя: 1) Живые организмы (растения, животные, микроорганизмы). 2) Тропосфера (нижний слой атмосферы). 3) Гидросфера (океаны, моря, реки и т.д.). 4) Литосфера (верхняя часть земной коры). Возраст биосферы приблизительно 4 млрд. лет.

• Схема строения биосферы
• Особенности функционирования живых существ:
• Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.
• Круговорот веществ в биосфере
• Основной принцип функционирования экосистем — получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.
• Круговорот углерода
• Круговорот серы
• Круговорот воды
• Эволюция биосферы

Вернадский различал следующие категории веществ: 1) живое вещество – совокупность живых организмов, населяющих биосферу, (от простейших вирусов до человека), характеризуется химическим составом, массой, энергией, информацией; трансформирует солнечную энергию и вовлекает неорганическую материю в непрерывный круговорот). Живое вещество — «функция биосферы», а биосфера — результат развития живого веществ. 2) биогенное вещество — продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть, торф, мел); 3) биокосное вещество — продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды). Имеет минеральную основу, которая коренным образом преобразована жизнедеятельностью организмов (почвенный покров, воздух, вода). 4) косное вещество — все, что не имело связи с живым (застывшая лава, вулканический пепел). 5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.). 6) Рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии. 7) Вещество космического происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны. В пределах биосферы существуют 4 среды жизни: две мертвые (вода, воздух), одна биокосная (почва) и одна живая (организм). Процессы, протекающие в экосистеме (число живых организмов, скорость их развития и т.п.), зависят от количества энергии, поступающей в экосистему, и от циркуляции веществ в экосистеме. Биосфера является энергетически незамкнутой системой, в которой идет поглощение энергии из внешней среды. Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более 2 млн. организмов , из них 0,5 – растения, 1,5 – растения и микроорганизмы (из них 1 млн. насекомых). Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ использования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию. Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере. Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, известняк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воздействием жизни. Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии. • способность к самовоспроизведению; • способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды; • способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична. Рассмотрим такой круговорот для основных компонентов, входящих в состав биосферы. Для примера рассмотрим круговорот углерода. В атмосфере запасы углерода в виде СО2 невелики, в земной коре они присутствуют в виде ископаемого топлива. Когда около 2 млрд лет назад на Земле появилась жизнь, атмосфера в основном состояла из СО2. Первые организмы были анаэробными, т.е. жили в отсутствие кислорода. Накопление кислорода обусловлено существованием зеленых растений. Сейчас его запасы на Земле оцениваются в 1,6-105т. Эту массу зеленые растения могут создать за 10 тыс. лет. Поступивший в атмосферу по разным причинам углерод усваивается зелеными растениями, выделяющими в процессе своей жизнедеятельности кислород. А в результате потребления животными органических соединений происходит окисление органических веществ до углекислого газа, который поступает в атмосферу. Иными словами, углерод — главный участник биотического круговорота. Человек активно вмешивается в этот круговорот, что может в ближайшие 100 лет привести к изменениям климата, подъему океана, уменьшению количества кислорода в составе атмосферы и пр. Сера преобразуется в различные соединения и циркулирует в биосфере. Из природных источников она попадает в атмосферу в следующем виде: сероводород (H2S) — бесцветный, дурно пахнущий ядовитый газ — при извержении вулканов, при разложении органических веществ в болотах и затапливаемых приливами низинах; диоксид серы (SO;) — бесцветный, удушливый газ при извержении вулканов; частицы сульфатных солей (например, сульфат аммония) – из мельчайших брызг океанической воды. Около трети всех соединений серы и 99 % диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов двуокиси серы в атмосферу. Остальная треть приходится на такие технологические процессы, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд. В атмосфере двуокись серы окисляется кислородом до газообразного триоксида серы, который при реакции с водяным паром образует мельчайшие капельки серной кислоты (H2SO4). Взаимодействуя с другими атмосферными компонентами, триоксид серы может образовывать мельчайшие частицы сульфатных солей. Серная кислота и сульфатные соли вносят свой вклад в образование кислотных осадков, нарушающих жизнедеятельность лесных и водных экосистем. Гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды, состоит в следующем. Солнечная энергия и земное притяжение непрерывно перемещают воду между океанами, атмосферой, сушей и живыми организмами. Важнейшими процессами этого круговорота являются испарение, конденсация, осадки и сток воды назад в море для возобновления цикла. Под воздействием поступающей солнечной энергии вода испаряется с поверхности океанов, рек, озер, почв и растений и поступает в атмосферу. Ветры и воздушные массы переносят водяной пар в различные районы Земли. Понижение температуры в отдельных частях атмосферы приводит к конденсации водяного пара, образованию облаков и туманов и выпадению атмосферных осадков. Часть пресной воды возвращается на поверхность земли в виде осадков, замерзает в ледниках. Однако в основном она заполняет понижения и ложбины и стекает в ближайшие озера, ручьи и реки, которые несут ее назад в океан, тем самым, замыкая кольцо круговорота. Такой сток пресных вод с поверхности суши вызывает также эрозию почв, которая приводит к перемещению различных химических веществ в рамках других биогеохимических циклов. Значительная часть возвращаемой на сушу воды просачивается глубоко в фунт. Там происходит накопление фунтовых вод в водоносных горизонтах — подземных резервуарах. Подземные источники и водотоки в итоге возвращают воду на поверхность суши и в реки, озера, ручьи, откуда она вновь испаряется или стекает в океан. Однако циркуляция подземных вод происходит несравнимо медленнее, чем циркуляция поверхностных и атмосферных вод.

Первый этап — возникновение и формирование биосферы, характеризуется развитием в гидросфере простейших водных организмов. Это были одноклеточные прокариоты (организмы, не имеющие оформленного ядра), которые в ходе эволюции разделились — на одноклеточных и многоклеточных, растения и животных, особей мужского и женского пола, продуцентов, консументов и редуцентов.

Постепенное увеличение в воде количества кислорода за счет жизнедеятельности организмов и его диффузия в атмосферу сделали возможным быстрое распространение жизни и развитие, обладающих оформленным ядром, клеток, что привело к эволюции более сложных живых систем. Когда содержание кислорода около 700 млн. лет назад достигло примерно 8%, появились первые многоклеточные организмы. Примерно 600 млн. лет назад произошел эволюционный взрыв новых форм жизни таких, как губки, кораллы, черви, моллюски, морские водоросли и др. Таким образом, длительный период (3500 — 400 млн. лет назад) вода была главной средой жизни, а эволюция в ней дошла до высших растений и позвоночных животных.

Вторым этапом эволюции биосферы можно считать появление у гидробионтов паразитов (временных вредных сожителей) и симбионтов (постоянных полезных сожителей). Это привело к формированию второй среды жизни — организма. Явление симбиоза (и паразитизма) продолжало развиваться и с появлением новых сред жизни (воздух, почва).

Третий этап эволюции биосферы — выход организмов из водной среды на сушу, где под их непосредственным влиянием сформировались новые среды жизни — воздух и почва. Выход растений на сушу представлял собой настоящую революцию в истории биосферы, так как развитие окислительной атмосферы в результате фотосинтеза способствовало возникновению многоклеточности. обеспечило выход жизни на сушу. Образование почвы изменило структуру поверхностного слоя планеты, создав условия для мощного развития растительности. Это создало предпосылки для выхода на сушу различных животных. Началось формирование наземных позвоночных. Некоторые амфибии приобрели способность размножаться вне воды. Появились первые пресмыкающиеся. Насекомые начали завоевывать воздушную среду. 190 — 230 млн. лет назад на суше имело место взрывное развитие пресмыкающихся. Это было время динозавров. Около 190 млн. лет назад появились первые млекопитающие, птицы. Таким образом, около 400 — 350 млн. лет тому назад в биосфере сформировались четыре среды жизни, существующие и поныне: вода, почва, воздух и организм. На протяжении последующей истории Земли шло развитие этих сред жизни, обогащался их химический состав, возникали новые обитатели.

Четвертым этапом эволюции биосферы следует считать появление живорождения у животных: до рождения развивающихся в специальных органах тела матери, а после рождения ведущих свободный образ жизни в воде, воздухе или почве.

Пятым этапом эволюции биосферы следует считать социальный, когда человек из обычного биологического вида стал биосоциальным существом. На данном этапе эволюции биосферы развивающийся человек все более активно входит в различные биоценозы и экосистемы. Он истребляет одни виды, приручает и окультуривает другие, создает новые сорта растений и породы животных. Шестой этап эволюции биосферы связан с ее переходом под влиянием разумной деятельности человека в состояние ноосферы (сферы Разума). Развитие жизни (биогенез), по представлениям В.И.Вернадского, пойдет по пути развития разума (ноогенеза). В связи с развитием общества и усилением его отрицательных воздействий на биосферу, особенно с наступлением эпохи научно-технической революции, приведшей биосферу в состояние глобального экологического кризиса, переход биосферы в ноосферу отодвинулся на неопределенное время. Техносферу не следует считать особым этапом развития биосферы, а лишь результатом воздействия человека на окружающую среду в условиях развития современного общества, одерживающего переход к ноосфере. Следует отметить, что предотвратить изменение среды невозможно, как невозможно остановить прогресс человеческого общества. Очевидно, необходимо так управлять процессами взаимоотношений между человеком и биосферой, чтобы они были взаимно выгодны и чтобы развитие общества не привело к деградации биосферы.

Итак, в процессе развития биосферы выделяют 3 уровня : 1) Биосфера (где человек воздействовал на природу незначительно).

2) Биотехносфера Техносфера представляет собой совокупность искусственных объектов, созданных целенаправленной деятельностью человека, и природных объектов, измененных этой деятельностью. Современная биосфера – это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество – это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника – это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос – каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем, какими средствами избежать необратимых последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно, что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так, чтобы они были взаимовыгодны. 3) Ноосфера – сфера разума. Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование – есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.