Лекционный курс модуля 2

условий среды миграции. Повышенная кислотность, образование угольной кислоты способствуют десорбции фосфора, усилению миграции фосфорных соединений.

В восстановительной среде образуются соединения фосфора с двухвалентным железом, что тоже способствует выносу фосфора из почвы.

Миграция фосфора возможна и за счет водной и ветровой эрозии. Поэтому биогеохимический цикл фосфора значительно менее замкнут и менее обратим, чем циклы углерода и азота, а загрязнение фосфором окружающей среды особенно опасно. На рис. 2 представлена схема биогеохимического цикла фосфора.

Рис.2. Схема биогеохимического цикла фосфора

В последнее время общая картина распределения и миграции фосфора в биосфере резко нарушена хозяйственной деятельностью человека, в том числе:

-производством и применением фосфорных удобрений;

-производством фосфорсодержащих препаратов и их использование в быту;

-производством фосфорсодержащих ресурсов продовольствия и кормов, вывоз

ипотребление их в зонах концентрации населения;

-развитием рыбного промысла, добычи морских моллюсков и водорослей, что влечёт за собой перераспределение фосфора из океана на сушу.

Эволюция биосферы

Одна из центральных проблем экологии – это явление жизни, её происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость. Главными современными гипотезами возникновения жизни на Земле являются следующие:

-самопроизвольного зарождение (живые организмы возникли самопроизвольно из неживого вещества;

-стационарного состояния (жизнь существовала изначально, т.е. была всегда);

-панспермии (жизнь занесена на планету извне);

-биохимической эволюции (жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам);

-креационизма (божественное сотворение жизни).

Вне зависимости от выбора гипотезы, современная наука утверждает, что эволюция биосферы на протяжении большей части её исторического пути шла под влиянием двух основных факторов:

1) естественных геологических и климатических изменений на планете;

PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

2) изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции.

На современном этапе следует учитывать и третий фактор – развивающееся человеческое общество.

Химическая эволюция живого.

Теория А.И. Опарина. Жизнь зародилась в водах океана на глубинах более 10 м, где под действием интенсивного ультрафиолетового излучения Солнца, которое в тот период не ослаблялось слоем озона (т.к. его не существовало), из простых неорганических соединений образовались органические. Органические соединения (аминокислоты, сахара) постепенно накапливались, и образовался т.н. «первичный бульон» (раствор, насыщенный простой органикой). В данных условиях сформировались белки. Белки способны образовывать коллоидные комплексы, притягивающие к себе молекулы воды и создающие из них некую оболочку. Эти комплексы обособлялись от остальной массы воды и сливались друг с другом, формируя коацерваты (от лат. coacervatia – «собирание в кучу, накопление»). Внутри обособленных коацерватов могли проходить различные химические реакции с формированием ферментов, при взаимодействии с наружным раствором на границе коацерватов образовывались липиды – основные структурные элементы клеточных мембран. Коацерваты увеличивались в размерах, фрагментировались (делились), образовывались скопления одинаковых коацерватов, на основе которых в позднем архее (более 3 млрд. лет назад) на дне мелководных, теплых и богатых питательными веществами морей сформировались примитивные организмы – протобионты (от греч. protos –« первый», bions – «живущий»). Они были гетеротрофами и питались органическими веществами первичного бульона, по образу жизни напоминали современные дрожжеподобные анаэробные организмы.

Органическая эволюция. Постепенно ресурсы в виде «первичного бульона» истощались, и хемосинтез начал затухать. Одновременно в ходе биохимической эволюции образовались более сложные органические вещества. Среди них появились и такие, которые оказались способны осуществлять фотосинтез, т.е. использовать для синтеза необходимых клеточных веществ непосредственно энергию Солнца, проникавшую вглубь воды. С включением этих веществ в состав клеток последние стали самостоятельно синтезировать свои клеточные материалы, и необходимость поглощать извне отпала – клетки стали автотрофными.

Количество кислорода в воде стало быстро увеличиваться, что привело к его десорбции (выделению) в атмосферу. Описанные события произошли в архее около 2 млрд. лет назад. Они вызвали огромные изменения в химии Земли. Свидетельством того служат разнообразные геологические формации. Образовавшиеся в результате выпадения в осадок многих минералов, таких как соединения железа.

С ростом количества кислорода в атмосфере увеличивался также озоновый слой и, как следствие, уменьшался уровень ультрафиолетовой радиации, достигавшей поверхности Земли.

Аэробное дыхание сделало возможным развитие сложных многоклеточных организмов. Считается, что первые ядерные клетки появились после того, как содержание кислорода в атмосфере достигло 3…4 % его современного состояние (или около 0,6 % состава той атмосферы). Случилось это примерно 1 млрд. лет назад. Многоклеточные организмы, вероятно, появились 700 млн. лет назад при достижении концентрации кислорода в атмосфере 8 % от современного уровня.

После возрастания концентрации кислорода в атмосфере и достижения уровня 10 % от современного озоновый слой стал настолько эффективно защищать, что жизнь постепенно вышла из водной среды на сушу. Дальнейшее формирование наземных экосистем пошло относительно автономно от процессов эволюции водных экосистем. Развитие наземной зеленой растительности обеспечило большое количество кислорода и пищи, которые были

PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

необходимы для последующей эволюции таких крупных животных, как динозавры и млекопитающие, в том числе человека.

Всередине палеозоя (около 400 млн. лет назад) потребление кислорода сравнялось с его продуцированием, в результате чего концентрация кислорода в атмосфере стабилизировался на уровне современного, т.е. около 20 %.

Вконце палеозоя (350…250 млн. лет назад) изменился климат, послуживший началом обширного «автотрофного цветения», что вызвало снижение содержания кислорода и повышение содержания углекислого газа. В результате этого создались запасы ископаемого топлива – основы энергетики наших дней. Позже (200..150 млн. лет назад) содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере постепенно вернулось к относительно стабильному уровню, сохранившемуся до наших дней.

Земля пригодна для жизни уже около 4 млрд. лет, что свидетельствует о малых колебаниях температуры ее поверхности (приход энергии из космоса был равен ее расходу). Периоды общего похолодания на нашей планете чередовались с периодами потепления достаточно часто. Подобные циклы продолжаются около 100 тыс. лет за последний миллион лет этих циклов было от 4 до 8 (по разным оценкам).

Эволюционный прогресс не был случайным. С одной стороны, жизнь занимала все новые пространства, с другой стороны, условия существования на Земле непрерывно менялись (температура, уровень Мирового океана), и всему живому приходилось к ним приспосабливаться. Этим и создается направленности эволюции. Одни виды (сообщества, экосистемы) сменяют другие. В истории Земли неоднократно происходили массовые вымирания организмов. За последний миллиард лет произошли 5…6 катастрофических вымираний преимущественно многочисленных видов животных. Так, 650 млн. лет назад относительно внезапно исчезли многие формы одноклеточных водорослей, 450 млн. лет назад резко снизилось количество видов панцирных обитателей океана, 65 млн. лет назад исчезли многие рептилии.

Причины этого могли быть разнообразны: от падения на Землю астероида до возникновения более прогрессивных форм, лучше приспособленных к новым условиям жизни. Истинные же причины происшедшего, возможно, не станут известны никогда, но все эти вымирания были:

- неодновременными по всей планете; - растянуты на миллионы лет; - не связаны с деятельностью человека.

Внастоящее время ежедневно в мире исчезает по одному виду животных и еженедельно – по одному виду растений. К вымиранию ведёт расхождение между темпами эволюции и темпами изменения среды. Каждый вымерший вид увлекает за собой 7...11 других связанных с ним видов.

Законы эволюции биосферы В.И. Вернадского

1. Закон константности количества живого вещества: количество живого биосферы есть константа (для данного геологического периода).

Вымирание одних и формирование новых видов – процесс каскадный, лавинообразный. Образование нового вида крупного организма формирует свою группу с таким же числом взаимосвязанных видов.

По подсчетам палеонтологов, существующие в настоящее время виды составляют лишь небольшую часть (2…5%) от общего числа видов, когда-либо образовавшихся в ходе эволюции (около 500 млн. видов за последние 4,5 млрд. лет), т.е. основная часть существовавших видов вымерла.

При этом история развития жизни на Земле показывает, что вымирание как эволюционный процесс – необязательный момент в развитии группы, о чём свидетельствует существование реликтовых форм.

PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com

Для возникновения живого, отличающегося от неживого, были необходимы уникальные условия ранней эволюции Земли как планеты. С появлением форм преджизни и праорганизмов стал действовать принцип, сформулированный В.И. Вернадским (1924):

2.Живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует необходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.

Если бы в наши дни сложили локальные условия для повторного возникновения жизни (например, в жерле затухающего вулкана), или она была занесена извне (из космоса), то возможны следующие два исхода:

- она не смогла бы долго существовать, так как была бы уничтожена уже существующими организмами;

- стала бы глобальным бедствием, ибо подавила существующие ранее виды.

3.Любой вид может существовать до тех пор, пока окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям. В чужой среде вид существовать не может.

Именно поэтому в природе виды поддерживают среду своего обитания, во всяком случае, не разрушая ее. Даже паразиты настолько «разумны», что полностью не уничтожают своих хозяев.

Учение о ноосфере.

Эволюция органического мира, осуществлявшаяся на основании только биологических закономерностей жизнедеятельности и развития, происходила в два этапа:

-возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом (химическая эволюция по Опарину) примерно 4,6-3,5 млрд. лет назад;

-усложнение биоценоза как результат появления многоклеточных организмов (органическая эволюция), начиная примерно с 3,5 млрд. лет толу назад.

Появления на Земле человека способствовало выделению третьего этапа эволюции биосферы. Человек долгое время усиливал власть над природой, развивал технический потенциал, увеличивал эксплуатацию природных ресурсов. К чему в дальнейшем должен привести этот процесс? Один из возможных вариантов – это переход биосферы на новый уровень существования и превращение её в ноосферу

Ноосфера (греч. νόος - «разум» и σφαῖρα – «шар») – это гипотетическая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность людей станет главным определяющим фактором её устойчивого развития.

Понятие «ноосфера» было предложено профессором математики Сорбонны Эдуардом Леруа (1870—1954), который трактовал её как «мыслящую» оболочку, формирующуюся человеческим сознанием. Э. Леруа подчёркивал, что пришёл к этой идее совместно со своим другом - крупнейшим геологом и палеонтологом-эволюционистом и католическим философом Пьером Тейяром де Шарденом. При этом Леруа и Шарден основывались на лекциях по геохимии, которые в 1922/1923 годах читал в Сорбонне Владимир Иванович Вернадский (1863—1945).

На современном этапе развития отношения «человек-природа» носят сложный характер. Преобразующая деятельность человека в биосфере неизбежна, т.к. с не связано благосостояние населения.

Гармония антропогенной деятельности человека и природы возможна при следующих условиях:

-осуществление контроля численности человечества;

-ограничение чрезмерных потребностей людей;

-рациональное использование природных ресурсов;

-использование только экологически целесообразных промышленных технологий с максимальной переработкой и применение вторичных материальных и энергетических ресурсов; осуществление глобального мониторинга за состоянием окружающей природной среды и др.

PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com