Каталог файлов по биологии

Главная » Файлы » Общая биология

54.Учение В.И.Вернадского о биосфере
11.07.2014, 18:53

Биосфера —  это особая  оболочка Земли,  содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты,  которая находится  в  непрерывном  обмене  с  этими  организмами.  Термин был введен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом в работе «Происхождение  Альп»,  рассматривающим  биосферу  в  чисто  топологическом  (от греч.  topos — место) смысле как пространство, заполненное жизнью. 

Э.Зюсс (1831-1914)

Развернутое учение о биосфере создано и разработано советским естествоиспытателем академиком В.И. Вернадским.

В.И.Вернадский (1863-1945)

Основы  этого  учения,  изложенные  им  в  1926  г.  в  классическом труде  «Биосфера»,  сохраняют свое значение  в  современной  науке.

Учение  Вернадского  о  биосфере  —  крупнейшее  обобщение  в  области  естествознания  XX  в.  С  одной стороны,  В.И.Вернадский  рассматривает  биосферу  как  оболочку Земли,  в которой  существует жизнь.  В  этом плане  ученый различает  газовую  (атмосфера),  водную  (гидросфера)  и  каменную  (литосфера)  оболочки  земного  шара  как  составляющие  биосферы  —области  распространения  жизни.  С  другой  стороны,  Вернадский подчеркивал,  что  биосфера  —  не  просто  пространство,  в  котором обитают  живые  организмы,  а  целостная  функциональная  система,  на уровне  которой  реализуется  неразрывная  связь геологических и биологических процессов. Состав биосферы определяется деятельностью  живых  организмов,  представляет  собой  результат  их совокупной химической активности в  настоящем и прошлом.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового  экрана  (20 — 25  км),  верхнюю  часть  литосферы  (кора  выветривания)  и  всю  гидросферу до  глубинных  слоев  океана.  Нижняя граница опускается в среднем на 2 — 3 км на суше и на 1 — 2 км ниже дна  океана.  Слой  атмосферы,  вся  гидросфера  и  часть литосферы,  где  постоянно или  временно  (случайно)  присутствуют живые  организмы  и  те  слои,  преобразованные  в  прошлом  жизньюили  испытавшие  влияние  «былых  биосфер»,  называют  мегабиосферой.  В целом мегабиосфера представляет собой сумму биосферы

и  метабиосферы — преобразованного жизнью глубинного слоя литосферы,  в  котором  ныне живущие  организмы  не  присутствуют.

Совокупность  мегабиосферы  и  артебиосферы  —  того  слоя,  вкотором летают обитаемые искусственные спутники Земли, — представляет собой панбиосферу. 

В. И. Вернадский отмечал, что«пределы  биосферы  обусловлены  прежде  всего  полем  существования  жизни».  Вертикальная  мощность такого  «поля  существования жизни»  в  океанах  достигает  более  17  км,  на  суше  —  12  км.  При этом  значительных величин  достигает толща  мегабиосферы,  охватывающей  осадочные  породы,  но  она  не  опускается  на  материках глубже  самых больших  глубин  океана  —  11  км  (здесь температура достигает  200 °С)  и  не  поднимается  выше  наибольших  плотностей озонового экрана: 22 — 24 км. Следовательно, ее максимальная толщина 33 — 35 км. Теоретически пределы биосферы намного шире,поскольку  в  гидротермах  на дне  океана  (их  назвали  «черными  курильщиками»  из-за  темного  цвета  извергающихся  вод)  на  глубинах около  3  км обнаружены организмы  при температуре до  250 "С.

При давлении около 300 атм вода здесь не кипит,  и в этих условиях организмы выживают (пределы жизни ограничены точками превращения  воды  в  пар  и денатурации  «сворачивания»  белков).  Перегретая  жидкая  вода  обнаружена  в  литосфере  до  глубин  10,5  км.

Глубже  25  км,  по оценкам, должна существовать критическая температура  460 °С,  когда  при  любом  давлении  вода  превращается  впар  и жизнь принципиально невозможна.  Ученый выделил в биосфере  7  глубоко  разнородных,  но  геологически  взаимосвязанныхтипов  веществ: 

  • живое  вещество  (все  живые  организмы),
  • биогенное  вещество  (геологические  породы,  созданные  деятельностьюживого,  —  горючие  ископаемые,  известняки,  каменный  уголь),
  • косное  вещество  (геологические  образования,  не  входящие  в  состав  живых  организмов  и  не  созданные  ими,  например  магматические  горные  породы),
  • биокосное  вещество  (создается  одновременно  живыми  организмами  и  процессами  неорганической  природы,  например  почва,  океанические  воды,  нефть), 
  • радиоактивное  вещество,  вещество  космического  происхождения  (метеори­ты,  космическая  пыль).

Центральным звеном в учении В. И. Вернадского о биосфере яв­ляется  представление  о  живом  веществе.  По  словам  В.И.Вернадского,  «на  земной поверхности  нет химической  силы  более  постоянно действующей,а  потому более могущественной по своим конечным последствиям,чем  живые  организмы,  взятые  в  целом».

Участие  каждого  отдельного  организма  в  геологической  истории  ничтожно  мало.  Но  в  своей  совокупности живые  существа —особый,  глобальных  размеров  фактор.  Именно  живые  организмыулавливают  и  преобразуют  лучистую  энергию  Солнца  и  создаютбесконечное  разнообразие  нашего  мира.  Главным  трансформатором  космической  энергии  является  зеленое  вещество  растений.

Только они способны  поглощать энергию солнечного излучения исинтезировать первичные органические соединения. Этот зеленыйэнергетический  потенциал  и  лежит  в  основе  сохранения  и  поддержания  всего  живого  на  нашей  планете.

От  других  компонентов  природы  живые  существа  отличаютсябольшим  разнообразием,  повсеместным  распространением,  длительностью  существования  в  истории  Земли,  избирательным  характером  биохимической  деятельности,  очень  высокой  химической  активностью.  В. И. Вернадский  разработал  представление  оборганизованности биосферы, которая проявляется в согласованномвзаимодействии  живого  и  неживого,  взаимной  приспособляемости организма и среды.  «Организм,  — писал Вернадский,  — имеетдело со средой,  к которой он не только приспособлен, но котораяприспособлена  и  к  нему».

В.И.Вернадский  обосновал  важнейшие  представления  о  формах  превращения  вещества,  путях  биогенной  миграции  атомов,т.е.  миграции  химических  элементов  при  участии  живого  вещества, накоплении химических элементов. Организмы связаны с «окружающей  средой  биогенным  током  атомов:  своим  дыханием  иразмножением».  Питание,  дыхание  и  размножение  организмов  исвязанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный  круговорот веществи  перемещение энергии.  С круговоротом веществ связана биогенная  миграция  атомов  (С,  Н,  О,  N,  P,  S,  Fe,  Mg,  Mo,  Mn,  Cu,Zn,  Ca,  Na,  К  и  др.),  отражающая  способность живого  веществаперераспределять атомы в биосфере.  Многие организмы обладаютспособностью накапливать, концентрировать в себе определенныеэлементы,  при  очень  малом  содержании  их  в  окружающей  среде.

Например,  железобактерии  способны  аккумулировать  из  средыобитания железо;  многие моллюски  и  кишечнополосные —  кальций; хвощи, диатомовые водоросли, радиолярии  —  кремний;  губки  —  иод;  асцидии  —  ванадий.  Отмирая  и  откладываясь  в  массе,организмы  образуют  скопления  этих  веществ,  происходит  отложение  сульфидов  и  минеральной серы,  образование  сероводородаи  других  соединений.  Возникают  залежи  известняков,  бокситов,осадочная  железная  руда.  Большим  разнообразием  органическихсоединений  характеризуется  состав  самих  организмов.  Благодаряживому  веществу  на  планете  образовались  почвы  и  органоминеральное топливо.  В живых организмах протекают сложнейшие биохимические  процессы.  Материал и энергию живые существа берутв  окружающей  среде.  Следовательно,  они  преобразуют  среду  ужетолько  тем,  что  живут.

Живое  вещество  активно  участвует  также  в  грандиозных  процессах  перемещения,  миграции  атомов  в  биосфере  через  системуглобального  круговорота  веществ.  Наиболее  значимыми  элементами  круговорота веществ являются углерод,  кислород,  азот,  фосфор и сера.  Процессы круговорота происходят в конкретных экосистемах,  но  в  полном  виде  биогеохимические  циклы  реализуются  лишь  на  уровне  биосферы  в  целом.  Таким  образом,  живоевещество  представляет  собой  самую  активную  форму  материи  воВселенной.  Оно  производит  гигантскую  геохимическую  работу,выполняя  ряд  важнейших функций живого вещества в биосфере.В.И.Вернадский  выделяет  пять таких  функций:

— первая функция — газовая:  преобладающая  масса газов на планете  имеет  биогенное  происхождение.  Так,  кислород  атмосферынакоплен  за счет фотосинтеза;  все  подземные газы —  продукт разложения отмершей органики.  В целом благодаря газовой функцииживого  вещества  происходят  миграции  газов  и  их  превращение,формируется  газовый  состав  биосферы;

— вторая функция — концентрационная: организмы  извлекают инакапливают  в своих телах  многие химические  элементы  из  окружающей среды, которые используются для построения их тел.  Концентрации  этих  элементов  в  телах  живых  организмов  в  сотни  итысячи  раз  выше,  чем  во  внешней  среде.  Среди  накапливаемыхорганизмами  элементов  на  первом  месте  стоит  углерод,  а  средиметаллов —  кальций;  концентраторами  кремния являются диатомовые  водоросли,  йода  —  бурые  водоросли  (ламинария),  фосфора  —  скелеты  позвоночных животных;

—  третья функция — окислительно-восстановительная, обеспечивающая  химическое  превращение  веществ,  которые  содержататомы с переменной степенью окисления (это в основном соединения железа,  марганца и др.).  В результате организмы,  обитающие  в

водоемах,  регулируют  кислородный  режим  и  создают  условия  длярастворения  или  же  осаждения  ряда  металлов  (ванадий,  марганец,железо)  и  неметаллов  (сера)  с  переменной  валентностью;

—  четвертая  функция  —  биохимическая,  обеспечивающая  размножение,  рост  и  перемещение  в  пространстве  живого  вещества;

—  пятая функция  —  энергетическая:  аккумуляция  энергии  Солнца  и  ее  последующее  перераспределение  между  живыми  компонентами биосферы. В связи с этим необходимо отметить лишь единственный  на  Земле  процесс,  который  не  тратит,  а  аккумулирует

солнечную энергию,  накапливает ее путем создания органического вещества в результате фотосинтеза. Накопленная солнечная энергия обеспечивает протекание  всех жизненных процессов.  За времясуществования  жизни  на  Земле  живое  вещество  превратило  в  химическую энергию огромное  количество солнечной энергии.  Приэтом существенная ее часть в ходе геологической  истории  накопилась в связанном  виде  (залежи  угля,  нефти  и других органическихвеществ).

В связывании и запасании солнечной энергии заключается основная  планетарная функция живого  вещества.

Важнейшей частью учения  о биосфере  В. И. Вернадского являются  представления о ее возникновении  и  развитии.  В  эволюциибиосферы  как глобальной среды жизни  выделяются пять основныхисторических  этапов,  отражающих  закономерность  и  последовательность формирования  основных сред жизни: 

I  —  возникновение и развитие жизни в воде; 

II  —  появление у гидробионтов симбионтов  (паразиты,  мутуалисты),  т.е.  формирование  новой  среды жизни  —  организмов-хозяев; 

III  —  заселение  организмами  суши со сформировавшимися новыми средами жизни: наземно-воздушной  и  почвой; 

IV  —  появление  человека  и  превращение  его  из обычного  биологического  вида  в  биосоциальное  существо; 

V  —переход  биосферы  под  влиянием  разумной  деятельности  человека в  новое  качественное  состояние  —  ноосферу.

В  целом  учение  о  биосфере  В.И.Вернадского  заложило  основысовременных  представлений  о  взаимодействии  живой  и  неживойприроды. Практическое значение учения о биосфере огромно. В нашидни оно служит естественно-научной основой рационального природопользования  и  охраны  окружающей  природной  среды.  Венцом творчества В. И. Вернадского стало учение о ноосфере, т. е. сфере разума.

Категория: Общая биология | Добавил: silver | Теги: вернадский, Зюсс, учение о биосфере
Просмотров: 1644 | Загрузок: 0 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]