7

Лекция 8

Уже сотни людей побывали в космосе и через иллюминаторы космических летательных аппаратов видели внешний облик нашей планеты. Но ещё в начале XX века В.И. Вернадский сумел взглянуть на Землю с ещё более далёкого расстояния и силой могучего воображения увидел главное, что отличает Землю от других планет – наличие на ней “проникнутой жизнью оболочки!”

“…Сейчас в ней происходит бурный рассвет. Мы знаем только маленькую частичку этой непонятной, неясной, всеобъемлющей загадки…”

В.И. Вернадский.

Великий русский поэт Ф.Тютчев писал:

Не то, что мните вы, природа – Не слепок, не безумный лик. В ней есть душа, в ней есть свобода, В ней есть любовь, в ней есть язык.

О чем идет речь?

Тема. Учение о биосфере.

План.

1. Понятие о биосфере.

2. Границы биосферы.

3. Особенности живого вещества.

4. Функции живого вещества.

5. Понятие о ноосфере.

1. Понятие о биосфере было впервые упомянуто в книге “Гидрогеология” (1802 г.) французским естествоиспытателем Ж.Б. Ламарком. В научном обиходе слово “биосфера” появилось в 1875 г. на страницах книги “Лик Земли” австрийского геолога Эдварда Зюсса при описании геологии Альп. Однако, ни Ламарк, ни Зюсс не дали определения понятию.

Заслуга создания учения о биосфере принадлежит знаменитому учёному, академику В.И. Вернадскому (1863-1945). В 1926 году вышла его книга "Биосфера", в которой он показал, что деятельность живых организмов изменяет геологические оболочки Земли и создает биосферу.

В.И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на живые организмы, но и на геологические оболочки, заселенные ими.

Биосферой В.И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.

В основу учения Вернадского было положено представление о планетарной биогеохимической функции живого вещества и о сложной организованности биосферы.

В.И. Вернадский выделил в биосфере такие геологически взаимосвязанные типы веществ:

• живое вещество - совокупность живых организмов Земли; его основными характеристиками являются суммарная масса, химический состав и энергия ("оно рассеяно в мириадах особей, непрерывно умирающих и рождающихся, обладающих колоссальной действенной энергией – биогеохимической энергией");

• косное вещество - вещество неживой природы, это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют (песок, глина, гранит, базальт);

• биогенное вещество - вещества, создаваемые в результате жизнедеятельности живых организмов (осадочные породы, каменный уголь, нефть).

• биокосное вещество - результат взаимодействия живых организмов с неживой природой (природные воды, почва, ил) ("оно создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других");

Основные положения теории в.И.Вернадского:

1. Солнце – источник энергии. Главнейшую роль в жизни на Земле играет непрерывно поступающий поток энергии.

2. Живое вещество играет основную роль в биохимическом круговороте веществ и энергии.

3. Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз.

4. Необходимым условием существования биосферы является круговорот веществ.

5. Живое вещество в биосфере распределено неравномерно.

6. Биосфера имеет границы.

7. Под влиянием деятельности человека биосфера переходит в ноосферу – «сферу разума».

Таким образом, биосфера – это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. По cовременным представлениям биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.

2. Вспомните и назовите какие сферы Земли составляют биосферу?

• Атмосфера.

• Гидросфера.

• Литосфера.

По современным представлениям биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов 8-10 км, у экватора - 17-18 км и над остальной поверхностью Земли - 20-25 км). За пределами озонового слоя жизнь невозможна вследствие наличия губительных космических ультрафиолетовых лучей. Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м), занята жизнью. К биосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов. В литосферу жизнь проникает на несколько метров, ограничиваясь в основном почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров. Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосферы) и в водной оболочке Земли (гидросфере).

Верхний предел жизни можно провести в стратосфере, на уровне озонового экрана, поглощающего космическое коротковолновое излучение. Живые организмы распространяются ниже его границы. До 5 км (редко до 10 км) с потоками воздуха могут подниматься в атмосферу споры и микроорганизмы. На 7 км в высоту из птиц поднимается кондор. В горах на 8-километровой высоте наблюдались тли, на 6-километровой высоте встречались бабочки, цветковые растения.

Нижняя граница жизни определяется температурными условиями (100⁰C - температура кипения воды). Глубже 3 км от земной поверхности живые существа не могут существовать в современном виде. В океане жизнь возможна на всю глубину. В почвах граница жизни определяется глубиной проникновения свободного кислорода - несколько глубже 10 м (на болотах только 30 см).

Гетеротрофные организмы и автотрофные бактерии проникают в земные пещеры и морские глубины. Споры грибов и некоторых бактерий выдерживают температуры в +140⁰C в течение 20 часов, -250⁰C. Грибы и бактерии выдерживают давление 3000 атм., а дрожжи - 8000 атм. Анаэробные бактерии живут в среде, лишённой свободного кислорода, богатой минеральными солями. Есть бактерии, распространённые в горячих борных источниках и выдерживающие 10-процентный раствор серной кислоты.

2. Термин "живое вещество" в литературу ввел В.И. Вернадский. Под ним он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав. Живое вещество – основа биосферы, хотя и составляет незначительную ее часть.

Развивая идеи о роли живого вещества в биосфере, Вернадский охарактеризовал особенности этого вещества, как уникального явления планеты:

1. Несмотря на удивительную разницу форм и размеров живых организмов, живое обладает одним общим свойством – оно проявляется в биосфере как физико-химическое единство.

2. Все химические реакции в живом веществе благодаря участию ферментов протекают значительно быстрее, чем в других веществах планеты. И наоборот, химические реакции, протекающие в неживой материи очень быстро, в живых организмах идут намного медленнее.

3. В возникающих химических связях живого вещества заключено огромное количество солнечной энергии. Поэтому живое вещество выступает как накопитель и трансформатор лучистой энергии мирового пространства.

4. Живому веществу свойственна подвижность, обеспечивающая перенос вещества в горизонтальном направлении и против силы тяжести (в вертикальном направлении). В.И. Вернадский выделяет две формы движения живого вещества: а) пассивную (путем роста и размножения организмов); б) активную (путем направленного перемещения организмов), выражающуюся в движении животных, растений, бактерий, грибов и человека.

5. Живое вещество характеризуется значительно большим морфологическим и химическим разнообразием, чем любое косное вещество. Притом оно постоянно обновляется благодаря н6епрерывному чередованию поколений.

6. Живое вещество постоянно производит "геологическую работу": увеличивает биологическую массу, разнообразие форм жизни, изменяет среду обитания и тем преобразовывает физико-химические параметры биосферы.

7. Живое вещество на Земле всегда представлено сообществами популяций разных видов (биоценозами), между которыми существуют различные взаимосвязи (прежде всего, пищевые связи).

8. Характерным для живого вещества является способность к эволюционному процессу, что имеет большое значение в поддержании жизни как планетарного явления.

9. Специфические свойства живого вещества показывают, что в биосфере Земли нет другого вещества, более мощного и активного в геологическом отношении.

2. В.И. Вернадский выделил пять групп геохимических функций живого вещества: газовые, концентрационные, окислительно-восстановительные, биохимические, биогеохимические функции человека.

По современным представлениям перечень основных биосферных функций живого вещества значительно расширился.

Биосферные функции живого вещества

Функции	Краткая характеристика процесса
Энергетическая	Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе. Запасание энергии в химических связях и передача ее по цепям питания и разложения. Вовлечение химических элементов Земли в живые организмы и возвращение их путем биогенной миграции снова в среду. Создание осадочных пород, углей, горючих сланцев и др. Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности организмов вещества для построения тела и вовлечения их в биологический круговорот веществ Создание свободного кислорода и переход его в озон, выделение свободного азота при разложении живого вещества, выде ление углекислого газа и др. Разложение минеральных веществ неживой природы, минерализация биогенного и небиогенного органического вещества Преобразование физико-химических параметров среды. Создание среды, благоприятной для жизни Перенос вещества против силы тяжести в горизонтальном направлении путем «растекания» Эволюционное развитие жизни, эволюция организмов, экосистем и биосферы Живое только от живого
Геохимическая
Концентрационная
Газовая
Деструктивная
Средообразующая
Транспортная
Историческая
Самовоспроизводящая

2. Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал ее переход в стадию ноосферы. Ноосфе́ра (греч. ноос - «разум» и сфера - «шар») - сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития.