Этапы развития биосферы по вернадскому



Эволюция биосферы

Существуют различные точки зрения относительно времени возникновения биосферы. Согласно одной из них (концепция В.И. Вернадского), биосфера возникла на самой ранней стадии развития планеты Земля и имеет возраст, близкий к возрасту Земли (приблизительно 4,6 млрд. лет). По Вернадскому, переход от неживого вещества к простейшим формам живого занял незначительный (в геологическом масштабе) отрезок времени — не более 200 лет. Характерными чертами биосферы, в рамках концепции Вернадского, являются следующие:

1. Биосфера возникла сразу как совокупность биогеоценозов. Живое вещество сформировалось как совокупность сложных живых организмов.

2. Первичные организмы способны обеспечить все основные процессы (биохимические, биологические), происходящие в оболочках Земли.

3. Живые организмы обеспечивают миграцию химических элементов в земной коре.

Согласно другой точке зрения, биосфера сформировалась на определенном этапе развития Земли. Сначала был этап предоболочек, затем сформировались основные земные оболочки и лишь потом появилась биосфера.


По мнению Beрнадского, появление и существование человека в биосфере определяет высшую ступень ее развития. Само появление человека представляет переход от простого биологического приспособления живых организмов к разумному поведению и целенаправленному изменению окружающей среды разумными существом Живое вещество планеты при этом активно приспосабливается к новым условиям существования в природе. Происходит внезапное совместное влияние природы на человека и человека природу, и человек теперь несет ответственность за эволюцию жизни.

Существуют два основных определения понятия «биосфера», одно из которых известно со времени появления в науке данного термина. Это понимание биосферы как совокупности всех живых организмов на Земле. Ученик Докучаева, создателя учения о почвах, В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, выдвинул принцип неразрывной связи живого и неживого, переосмыслив понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Такое толкование определило взгляд Вернадского на проблему происхождения жизни на Земле. Рассматривались следующие варианты: 1) жизнь возникла до образования Земли и была занесена на нее; 2) жизнь зародилась после образования Земли; 3) жизнь зародилась вместе с формированием Земли. Вернадский придерживался последней из этих точек зрения и считал, что нет убедительных научных данных о том, что живое когда-либо не существовало на нашей планете. Иными словами, биосфера была на Земле всегда.


Биосфера (греч. bios — жизнь, sphaira — шар) — оболочка Земли, населенная живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера тесно связана со всеми другими земными оболочками, является следствием, прежде всего биогеохимического круговорота, который обеспечивается солнечной энергией. В биосфере организмы и среда их обитания вследствие длительного взаимодействия друг с другом образуют целостную систему, находящуюся в динамическом равновесии.

Биосфера, согласно Вернадскому, включает в себя следующие составные части.

1. Живое вещество, образованное совокупностью организмов.

2. Биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, известняки и т.д.).

3. Косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (в результате движения земной коры, деятельности вулканов, метеоритов).

4. Биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (почвы).

Рис. 4 Многообразие живого вещества биосферы.

Вернадский сформулировал основные принципы организации биосферы в целом. Сначала выделим два биогеохимических принципа.

1. Геохимическая энергия живого вещества в биосфере (включая человека как высшее наделенное разумом существо) стремится и максимальному проявлению.


2. В ходе эволюции видов живых организмов выживают организмы, которые своей жизнедеятельностью максимально увеличивают биогенную геохимическую энергию.

Рис. 5 Фрагмент эволюции живого вещества биосферы.

Вернадский осуществил оценки количества живого вещества в биосфере, на основании которых сформулировал следующий принцип: на протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным.

В настоящее время человек нарушил свое равновесие с биосферой. Пока человек (и крупные животные) в своем потреблении продуктов биосферы не превышали 1 % их общего количества, биосфера находилась в динамическом равновесии с другими земными оболочками. Современный человек потребляет на свои нужды уже более 7%. продуктов биосферы и существенно нарушает ее естественный баланс. Например, уже изменилось соотношение запасов углерода в атмосфере и на суше, разность между синтезом и разложением органических веществ стала в сотни раз больше, чем было первоначально.

Биосфера уже не справляется со своей функцией стабилизации, и скоро эту функцию человечеству придется взять на себя. В конце концов, когда вся система жизни и среды станет управляться человеком, тогда биосфера превратится в ноосферу. Но тогда основная часть энергетических и трудовых затрат уйдет на стабилизацию окружающей среды (по некоторым оценкам — более 99%). На поддержание и развитие цивилизации останется всего лишь несколько процентов (или даже менее 1%).


Занимаясь им же созданной биогеохимией, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Вернадский подчеркивал также важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.

Детальное обоснование теоретические представления В.И. Вернадского и А.Л. Чижевского получают в наши дни. Так, исследования нашей космонавтики:

1. Позволили открыть новые многочисленные данные о связи земных и космических процессов.

2. Радикально повлияли на способы осуществления астрофизических и астрономических наблюдений и открытий.

3. Привели к своеобразной научной революции в астрофизике.

Так, например, в 60-х гг. были открыты квазары — космические объекты с грандиозным по энергетической мощи уровнем излучения (излучают в десятки раз больше энергии, чем самые мощные галактики), а также такие космические явления, как вспышки сверхновых. По современным астрофизическим представлениям, именно излучение сверхновых является главным источником космических лучей в Галактике. Они могут оказывать влияние, так как рентгеновский поток, исходящий от сверхновых, может создавать в стратосфере Земли высокие концентрации окиси азота — разрушителя озонового слоя, являющегося экраном, предохраняющим все живое Земли от воздействия жесткого излучения Солнца.

Рис. 6 Связь земных и космических процессов.


Представления о различных формах взаимодействия живого вещества с космическими материально-энергетическими потоками приобретают все большее значение также благодаря активно разрабатываемым гипотезам о существовании, по меньшей мере, в пределах нашей Галактики всепроникающей общегалактической живой системы. Они указывают на присутствие огромного количества микроорганизмов в космическом пространстве нашей Галактики. Исследования в этом направлении могут рассматриваться как свидетельство в пользу концепции, выдвигавшейся В.И. Вернадским о широком, космическим по масштабам, распространении во Вселенной живого вещества, его космическом значении.

Естественнонаучные гипотезы и факты показывают, что исследования взаимодействий, начатые трудами В.И. Вернадского и его последователей, представляют опережающие, перспективные направления в естествознании, постижении тайн природы.

Рис. 7 Наша галактика — Млечный путь

По В.И. Вернадскому, наша планета и Космос представляются ныне как единая система, в которой жизнь, живое вещество связывают в единое целое процессы, протекающие на Земле с процессами космического характера. Согласно оценкам В.И. Вернадского, на протяжении всей истории Земли количество живого вещества в биосфере было практически постоянным. Грандиозная картина общепланетарного развития включала в себя и появление человека — носителя Разума, который ускорил все процессы, развивающиеся на планете. Он говорил, что воздействие человека на природу растет столь быстро, что он превратиться в основную в основную геологическую силу и должен будет принять на себя ответственность за будущее развитие природы. Биосфера постепенно превращается в ноосферу.

Рис. 8 Образ ноосферы.

Источник: bio.bobrodobro.ru

Биосфера


Условная оболочка Земли, населённая живыми организмами, называется биосферой.
Живая оболочка охватывает:

  • гидросферу – водную оболочку Земли;
  • литосферу – твёрдую оболочку;
  • атмосферу – газовую оболочку.

Рис. 1. Биосфера.

По Вернадскому биосфера включает несколько видов веществ:

  • живое – совокупность всех живых организмов планеты (бактерии, растения, животные, грибы);
  • косное – продукты, образованные без участия живого вещества (минералы, горные породы);
  • биокостное – вещество, образующееся при совместной деятельности живого и костного веществ (почва, ил, верхняя часть литосферы);
  • биогенное – вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом (каменный уголь, газы, нефть);
  • радиоактивное – атомы радиоактивных веществ (уран, торий, радий);
  • рассеянное – свободные атомы различных веществ (цинк, медь, ртуть);
  • космическое – вещество, попадающее на Землю из космоса с помощью метеоритов и космической пыли.

Рис. 2. Состав биосферы.

Важно понять, какова роль живого вещества в эволюции биосферы. Вернадский считал, что живое вещество способно влиять на неживые оболочки Земли. Именно под действием живых организмов изменяется климат, атмосфера, геологические слои. Кроме того, живое вещество активно участвует в круговороте веществ в природе.

Этапы развития

Жизнь распределена по всей поверхности Земли. Установлено, что в атмосфере обитает несколько миллионов различных микроорганизмов. Самая глубоководная рыба обитает на глубине более 6000 метров. Однако так было не всегда, и зарождению жизни предшествовали глобальные изменения в атмосфере и твёрдой поверхности Земли.

Поэтапное развитие биосферы по В. И. Вернадскому представлено в таблице.

Первый и второй этапы непосредственно связаны с биосферой и объединяются в стадию биогенеза. В широком смысле биогенез означает появление жизни из живой материи. Третий этап выделяют отдельно в ноогенез – эволюцию разума. Вернадский считал, что ноосфера – видоизменённая человеческой деятельностью биосфера.

Зарождение жизни

Говоря кратко о физико-химической эволюции в развитии биосферы, следует выделить несколько стадий:

  • зарождение Солнечной системы как протопланетного (газового) облака;
  • появление Солнца в результате взрыва сверхновой;
  • формирование холодной Протоземли и других планет под действием гравитации Солнца;
  • рост Земли и образование земной коры;
  • формирование атмосферы за счёт разогревания поверхности Земли и выхода газов наружу (бескислородная атмосфера);
  • появление Мирового океана в результате соединения углекислоты и водорода.

Рис. 3. Зарождение жизни на Земле.

Первыми живыми существами на Земле были анаэробные гетеротрофные прокариоты. В ходе естественного отбора появились хемосинтезирующие и фотосинтезирующие бактерии, а затем – водоросли. В результате фотосинтеза атмосфера стала насыщаться кислородом, что способствовало появлению аэробных организмов.

Источник: obrazovaka.ru

В. И. Вернадский полагал, что возникновение жизни на Земле следует рассматривать не как одномоментный результат случайно благоприятного сочетания атомов и молекул, а как длительное формирование биосферы — целостного единства живого с окружающими неорганическими условиями. В истории биологии нередко противопоставляли друг другу организм и среду.

Поставив проблему происхождения жизни на Земле как проблему формирования новой геологической оболочки планеты — биосферы, В. И. Вернадский исходил из того, что разнообразные биогеохимические функции, выполняемые в биосфере живым веществом на протяжении всего геологического времени, не могли быть уделом какого-либо биологического вида. Для этого требовалось сочетание многих видов. Другими словами, происхождение жизни могло быть лишь множественным.


Дальнейшее развитие жизни обусловлено появлением форм различного уровня сложности. Повышение неравномерности развития живого — таково основное направление эволюции биосферы.

Многообразие форм жизни, тесная зависимость видов организмов друг от друга и от абиологических факторов обусловили превращение биосферы в саморегулирующуюся систему.

Качественно новый этап в развитии биосферы начался в конце третичного — начале четвертичного периода в связи с появлением на Земле человека. Человек — единственное на Земле живое существо, которое стало сознательно и целенаправленно подчинять себе окружающую природу. Человеческая деятельность стала активно влиять на круговорот веществ в биосфере. В настоящее время в результате научно-технической революции происходит быстрая пере стройка природы. Сокращаются площади лесов, естественные сообщества организмов уступают место искусственным, исчезают некоторые виды животных и растений. Глубокое влияние на природу оказывает использование человеком готовых естественных форм и создание объектов, им аналогичных. В природе в земных условиях не встречаются самородные алюминий и магний. Химики синтезируют большое число сложнейших органических соединений, многие из которых не найдены в природе.

Путем искусственного отбора человек изменил многие органические формы, создал огромное число новых пород животных и сортов растений.


Природная среда меняется в связи с трудовыми процессами человека. Прекратить воздействие на природу — это значит прекратить человеческую деятельность. Об этом не может быть и речи. Следовательно, выход один – нужно разумное отношение к природе, исключающее противостояние между человеком и средой.

Ноосфера

Понятие «ноосфера» (сфера разума) было первоначально введено в науку французским философом Э. Ле Руа в 1927 г. Значительное развитие это понятие получило в труде «Феномен человека» французского палеонтолога и теолога П. Тейяра де Шардена. Однако эти ученые дали идеалистическое толкование ноосферы как особого надбиосферного «мыслительного пласта», окутывающего планету. По их мнению, это относительно стихийный процесс кристаллизации некоей внутренней божественной сути частиц материи, проявляющейся при их объединении. Оба французских ученых, говоря о развитии жизни на Земле и о роли человеческого разума в этом процессе, упустили самое главное — сложные и противоречивые отношения биосферы и человеческого общества с его социальными конфликтами и особыми общественными законами развития, сквозь призму которых преломляются отношения человека к природе. Поэтому преобразование биосферы в ноосферу не может быть стихийным процессом, кристаллизацией каких-то изначальных зачатков мирового разума. Превращение биосферы в качественно новое образование ноосферу — должно определяться сознательной, разумной деятельностью самого человека.

В работе «Научная мысль как планетарное явление, углубляя и продолжая развивать учение о живом веществе в биосфере, В. И. Вернадский рассматривает следующий шаг в эволюции планеты. Считая человеческую деятельность новой геологической силой, Вернадский пишет: «В последнее тысячелетие наблюдается интенсивный рост влияния одного вида живого вещества — цивилизованного человечества — на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние – ноосферу». В. И. Вернадский подчеркивает: «Биосфера ХХ столетия превращается в ноосферу, создаваемую, прежде всего ростом науки, научного понимания и основанного на ней социального труда человечества».

По Вернадскому, ноосфера есть не нечто внешнее по отношению к биосфере, а новый этап в ее развитии, этап разумного регулирования отношений человека и природы. Процесс перехода биосферы в ноосферу будет усиливаться по мере объединения человечества для решения общих глобальных проблем развития.

 

БИОНИКА

 

План лекции:

1. Понятие бионики

2. Природные конструкции в архитектуре

3. Природные конструкции в технике

 

 

Понятие бионики

Мастерская природы — нерукотворный источник всего живого на нашей планете. Природа — гениальный конструктор, инженер, художник и великий строитель. Любое творение природы представляет собой высокосовершенное произведение, отличающееся поразительной целесообразностью, надежностью, прочностью, экономичностью расхода строительного материала при разнообразии форм и конструкций.

Бурный рост технической мысли, начавшийся с середины прошлого столетия, развитие биологии и вторжение в нее таких точных наук, как физика, химия, математика и особенно кибернетика, перебросившая мост от биологии к технике,— все это привело к взаимосвязи биологических и технических дисциплин и обусловило развитие нового научного направления, получившего название бионики. (от слова «бион» — элемент, ячейка жизни).

БИОНИКА занимается изучением аналогий в живой и неживой природе, то есть изучением принципов построения и функционирования биологических систем и их элементов и применением полученных знаний для коренного усовершенствования существующих технических систем, созданием принципиально новых машин, аппаратов, строительных конструкций и т. д.

Бионика — одна из тех наук, которая теснейшим образом связана с живой природой и которая остро ощущает необходимость в сохранении оставшихся видов на Земле. Не исключено, что среди исчезнувших с лица нашей планеты видов были и такие, которые могли бы помочь науке решить не одну техническую проблему. Оттого, насколько разумно и бережно мы будем сегодня пользоваться созданиями мастерской природы, зависит не только материальное благополучие людей на планете, но и развитие творческой мысли человека, развитие техники, искусства и всего прогресса на Земле.

Источник: cyberpedia.su

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.

Источник: ECOportal.info


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.