1. Основные типы вещества в биосфере по В.И. Вернадскому. Биосфера-это организованная динамическая и устойчивая, уравновешенная, самоподдерж-ся и саморазвив-ся сис-ма. Осн. чертой организован-ти биосферы явл. биогенная миграция хим. эл-тов, производимых жив. орг-ми, благодаря Е солнца. Осн. типы в-ва в биосфере: 1.Жив. в-во-совокупн-ть в-ва, рассеянного в жив. орг-ах. Это в-во обл. колоссальной биогеохим. Е; 2. Биогенное вещество — вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом (уголь, нефть, карбонатные породы); 3.Косное в-во-в-во, образуемое проц., в кот. организмы не учавств. (минералы, вулкан. магма, инертные газы, пепел итд); 4. Биокосное в-во- в-во созд. одновременн. и жив. орг-ми и косными проц. представляя динамически равновесные системы тех и других.( почва, ил, кора выветривания и т. д. организмы в них играют ведущую роль); 5.В-во, находящееся в радиоактивном распаде; 6.Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений. 7.В-во космич-го происхождения.

2. Биогеохимические принципы В.И. Вернадского. 1. Биогенная миграция хим. эл-тов в биосфере всегда стремится к своему max. проявлению. Стремление к max. биогенной миграции атомов обусловлено способ-тью и стремлением жив. орг-ов неограниченно размнож-ся в оптим. усл-ях для занятия всех эколог-ких ниш (1 кл. диатомовой водоросли может образ. биомассу=массе Земли за 8 дней); 2.Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Преимущ-во в ходе эволюции получили те орг-мы, кот. приобрели способн-ть усваивать нов. формы Е или научились полнее исп. хим. Е. Этот тезис был доказан работами русского почвоведа В.А. Ковды (зольность раст. возр. от древних таксонов к молодым, у высш. раст. поток эл-тов ч/з биомассу увеличивается в ед. времени); 3. Во все геологич-кие эпохи, начиная с криптозоя, заселение планеты жив. в-вом было max. возм. для условий, присущ. конкретной эпохе. Этот пр. связан с «давлением жизни» или способ-тью жив. в-ва к безостановочному захвату любой терр-рии где жизнь в принц. возможна. Вернадский предпол. что биосфера сразу была разнообразной и представл. собой сл. сис-му (биоценозы, способн. выполнить все биогеохим. ф-ции биосферы). Считалось, что заселение суши происходило медл. в Карбоне и Перми в осн. были распр. «болотные луга», а устойч. раст-ть в центре континента появилась в Кайнозое, но иссл. показали, что Палеозое в глубине континентов раст. была, а т.к. условия осадконакопл. не отлич. от соврем.=˃ плотность жизни в те времена была не ниже современной.

3. Основные функции живого вещества в биосфере по В.И. Вернадскому. Выделяют пять основных функций живого вещества: 1.Энергетическая. За счет раст. аккум. Е солнца на Земле (фотосинтез) + накопление химич-кой и термальной Е. . 2. Концентрационная. Связана с избират. поглощением хим. эл-тов жив. орг-ми из внеш. среды ( морские б/позвоночн. накапливают эл-ты из Н2О. 3. Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот. 4.Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды и механич-ки преобразуют среду. Наиболее эфф. влияние жив. орг-ов на ОС выражается в механ-ком возд-ии – это геологическая деят-ть жив. в-ва геолог-кого рода. 5.Транспортная. Пищевые взаимодействия живого вещества приводят к перемещению огромных масс химических элементов и веществ против сил тяжести и в горизонтальном направле­нии.

4. Средообразующая, коцентрационная и транспортная ф-ции живого в-ва. Средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды и механич-ки преобразуют среду. Наиболее эфф. влияние жив. орг-ов на ОС выражается в механ-ком возд-ии – это геологическая деят-ть жив. в-ва геолог-кого рода (разрастание итчатых цианобактерий и нити грибов препятствуют эрозии почвы). Возд. на среду хим-ки жив. орг-мы меняют рН среды и окислит.-восстан. потенциал. Макроорганизмы меняют среду под себя в ходе эволюции. Мин. состав подземных и грунтовых вод обусловлен растительн-тью, произраст. сверху (степные травы обусловл. нейтральный или слабощел. рН). Очень сильно рН изм. водоросли в водоемах (цианобактерии и зеленые хлорококковые водоросли могут сдвигать рН до 9-10). Концентрационная. Связана с избират. поглощением хим. эл-тов жив. орг-ми из внеш. среды ( морские б/позвоночн. накапливают эл-ты из Н2О. Акантарии-исп. стронций для строит-ва скелета вместо кремния). Для оценки степени конц. эл-тов исп. Коэфф-т биолог-кого поглощения-отношение сод. эл-та в золе живых орг-мов к их процентному сод. в земле или Н2О. Биофильность эл-та - опред-ся отношением среднего сод. эл-та в жив. в-ве к его среднему сод. в литосфере (наиб. биофильность у С,N,H,O). Концентрац. ф-ция выраж. в соед-ях, в основном представл. собой фекальные массы жив-ых. Минеральные образования как правило являя. прод. спец-х секреций желёз жив-ых. Фитолитарий – прод. выделения в виде кристалл. или округлых аморфных включений, сост. из Si или щавелекислого Са. . Транспортная. Все нежив. в-во перемещается под возд. гравитации и тектоники. Жив. в-во может вмешиваться в движение против гравитации снизу вверх (раст. с помошью осмоса). Животные переносят большое кол-во в-ва в составе своих тел.

5.Энергетическая и деструктивная ф-ции живого в-ва. Энергетическая. За счет раст. аккум. Е солнца на Земле (фотосинтез) + накопление химич-кой и термальной Е. С энергетич-кой т. зр. образование жив. в-ва- процесс поглощ. солн. Е, кот. в потенциальной форме аккумул. в О2 и органич-ких соед-ях, т. е. в продуктах фотосинтеза. Минерализованные орган. соед-я как внутри жив. орг-ов так и во внеш. среде сопровождается высвобождением Е, запасенной при фтсинтезе. Поглощ. солнечн. Е высвобождается не только в тепловой но и в хим. форме. Деструктивная. Заключается в минерализации необиогенного органического вещества, разложении неживого неорганического вещества, вовлечении образовавшихся веществ в биологический круговорот. При этом биогенное орган-кое в-во разлагается до простых неорган. соед-й (CO2,SO2,H2O). Эту ф-цию осущ. сапротрофы (редуценты). Разлагается также и неорганич-кое в-во: некоторые цианобактерии и водоросли разруш. карбонатные породы, выделяя сильн. к-ты и возвращ. их в круговорот.

6.Видовое многообразие и биомасса биосферы: хар-ка и распределение по основным таксонам.

Особенности биосферы состоят в том, что на континентах по массе преобладают растения, а в океане - животные.

• Биомасса суши составляет 2.42*10¹² тонны сухого вещества. Из них: 2.4*10¹² биомасса зеленых растений и 0.02*10¹² биомасса животных и микроорганизмов.

• Биомасса океана составляет 0.0032*10¹² тонны сухого вещества. Из них: 0.0002*10¹² биомасса зеленых растений и 0.003*10¹² биомасса животных и микроорганизмов.

Количество видов сухопутных животных и растений выше чем водных. Но не смотря на то, что к жизни на суше приспособились лишь 6 классов принадлежавших к 3 типам животных, 60 классов входящих в 18 типов остались в море, Тем немение количество видов наземных организмов превысило количество видов в море.

• Общее количество видов растений в биосфере в 4 раза меньше, чем количество видов животных. Однако биомасса животных составляет мене 1 % всей биомассы планеты.

• Важная хар-ка биосферы Земли – более высокий уровень дифференциации живог в-ва, представленный животными организмами, сосредоточен в меньшем объеме, чем менее дифференцированный уровень, представленный растениями.

7. Характеристики биосферы.

Границы биосферы (область жизни включающая среду обитания организмов). В биосферу входят: 1)верхняя часть литосферы; 2) вся гидросфера; 3) нижняя часть атмосферы (тропосфера).

Поле существования жизни – область активного проявления жизни.

Поле устойчивости жизни – область, где жизнь еще может сохраняться, но в неактивном состоянии. Факторы определяющие границы биосферы: 1)Наличие воды; 2)Термический режим; 3)Уровень давления; 4)Возможность фотосинтеза ( содержание СО₂ и интенсивность освещения). На поверхности Земли нет мест, где бы ни было воды. Дрожжи выдерживают давление в 8 атм.; споры и семена 10^-6 атм. Высшие растения могут существовать в абсолютном вакууме.

8. Первые этапы формирования Вселенной после Большого взрыва. Фундаментальные открытия астрономии и физики, подтверждающие теорию Большего взрыва.

Георгий Антонович Гамов – автор «горячей гипотезы» рождения Вселенной и Большего взрыва. Около 15 миллиардов лет тому назад произошел Большой взрыв. Температура вещества до взрыва и сразу после него превышала десятки тысяч миллиардов градусов по Кельвину. Взрыв разбросал вещество во все стороны. Горячее вещество до взрыва не содержало атомов химических элементов и даже всех элементарных частиц. В экстремальных условиях при столь больших плотности и температуре после Большого взрыва стали протекать ядерные реакции между элементарными частицами, в результате которых образовались другие элементарные частицы, а затем и химические элементы.

Первый такой период от начала взрыва продолжался всего 1 секунду. Но именно в этот период была определена вся дальнейшая "судьба" Вселенной (ее строение, химический состав, эволюция). Правда, этот период не только самый важный, но и менее изученный, чем последующие. В самые первые моменты после взрыва из-за огромной температуры, превышающей десятки тысяч миллиардов градусов, взаимодействие частиц приводило к рождению одновременно протонов и антипротонов, а также нейтронов и антинейтронов. Частицы и античастицы не только рождались, но и аннигилировали (взаимно уничтожались). При последнем процессе рождаются фотоны. Второй период, длящийся от секунды до 5 минут, заканчивается потому, что из-за упавшей ниже одного миллиарда градусов температуры ядерные реакции прекращаются. Собственно, это те реакции, которые происходят при взрыве водородной бомбы. В первые пять минут после Большого взрыва практически произошли события, определившие те свойства Вселенной, которые она имеет сегодня. Решающую роль в них играли протоны и нейтроны, которые, взаимодействуя с электронами, позитронами, нейтрино и антинейтрино, превращаются друг в друга. Но в каждый момент число протонов примерно равно числу нейтронов. Подчеркнем, что температура в это время была не менее ста миллиардов градусов. Но с течением времени температура вследствие расширения Вселенной уменьшается. При этом протонов становится больше, поскольку их масса меньше массы нейтронов и создавать их энергетически выгоднее. К концу второго периода, то есть через 5 минут после Большого взрыва, расширяющееся вещество состоит из ядер атома водорода — 70% и ядер гелия — 30%.

Температура становится ниже одного миллиарда градусов. Вселенная перестает быть горячей. Поэтому наступает период совсем других процессов, который длится триста тысяч лет. В это время еще нет атомов. Вещество Вселенной представляет собой плазму, то есть одни голые ядра без орбитальных электронов. Эта плазма "нашпигована" фотонами. Поэтому ее называют фотонной плазмой. Она является непрозрачной для фотонов. После того как во Вселенной образовались атомы и фотонная плазма превратилась в нейтральное вещество, состоящее из водорода и гелия, а фотоны по истечении 300-тыся-челётнеого плена вырвались на свободу, началось образование галактик. Реликтовое излучение – излучение абсолютно черного тела.

9. Роль звезд в формировании химических элементов легче и тяжелее железа.

Первичный нуклеосинтез — образование тяжелых элементов из более легких. Но длится это недолго — всего несколько минут. Плотность и температура вещества быстро убывают, что приводит к резкому замедлению ядерных реакций. Поэтому успевают появиться лишь гелий и незначительное количество дейтерия, лития и бериллия. Одиночные звезды в два раза легче нашего Солнца, останавливаются на этапе синтеза гелия. Более тяжелые звезды производят углерод и кислород, и только самые большие, превосходящие 10 солнечных масс, могут в конце жизни продолжить игру в элементы. После истощения запасов гелия их внутренние области сжимаются, разогреваются, и в них начинается «горение» углерода. Два ядра углерода, соединяясь, дают неон и альфа-частицу. Или натрий и протон. Или магний и нейтрон. Появившиеся протоны и нейтроны тоже не пропадают зря. Они идут в дело, превращая углерод в азот, кислород и, далее, за счет захвата альфа-частиц в неон, кремний, магний и алюминий. Таким образом, нам уже есть из чего сделать впоследствии твердь земную. После углерода вне очереди начинает «гореть» неон, причем делает он это «неправильным» образом: вместо того, чтобы сразу слиться с каким-нибудь другим ядром и увеличить свою массу, ядра неона под действием особо энергичных гамма-квантов распадаются на кислород и альфа-частицу. А затем получаемые альфа-частицы, взаимодействуя с другими ядрами неона, дают магний. Так что в итоге на два ядра неона возникают одно кислородное и одно магниевое. После истощения запасов неона ядро звезды становится кислородно-магниевым, оно снова поджимается, температура растет и игра продолжается. Теперь ядра кислорода, попарно сливаясь, превращаются в кремний или серу. Кроме того, появляется немного аргона, кальция, хлора и других элементов. Следующий на очереди — кремний. Напрямую два ядра кремния слиться не могут — из-за большого заряда слишком велико электрическое отталкивание между ними. Поэтому начинает идти множество разных реакций с участием альфа-частиц. Термин «горение кремния» достаточно условен, поскольку разных каналов реакций в самом деле много. На этой стадии возникают разные элементы вплоть до железа. Железо (и близкий к нему никель) выделяется из всех элементов тем, что у него максимальная энергия связи. Нуклоны нельзя упаковать эффективнее: и на то, чтобы разбить ядро железа на части, и на то, чтобы создать из него более тяжелые ядра, требуется затратить энергию.

Когда жизнь красного гиганта подходит к концу, его ядро превращается в плотного белого карлика, а оболочка рассеивается в окружающем пространстве за счет звездного ветра или резкого сброса верхних слоев, приводящего к образованию планетарных туманностей. Таким образом межзвездная среда пополняется наработанными за время жизни звезды тяжелыми элементами, и постепенно химический состав Вселенной эволюционирует за счет звездного нуклеосинтеза. К моменту образования Солнечной системы этот процесс шел уже более девяти миллиардов лет, и около 1% межзвездного вещества успело превратиться в тяжелые элементы. Все химические элементы образуются в ходе жизни звезд... Когда ядро звезды начинает катастрофически сжиматься, превращаясь в нейтронную звезду или черную дыру, по вышележащим слоям из середины наружу пробегает волна ядерного горения, которое создает нейтронные потоки достаточные для запуска r и p-процессов. Как следствие, химический состав звездного вещества сильно смещается в сторону тяжелых элементов.