Биосфера и ее эволюция

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………...3

 

1. Понятие биосферы………………………………………………………...4

 

2. Эволюция биосферы  Земли…………………………………………...….6

 

2.1. Возникновение органических  соединений…………………………7

 

2.2. Возникновение живых  организмов………………………………....8

 

2.3. Возникновение биосферы………………………………………...…9

 

2.4. Появление автотрофов………………………………………………9

 

2.5. Развитие животных  со скелетными образованиями……………..10

 

2.6. Появление наземных  растений………………………………….…11

 

2.7. Появление человека……………………………………………...…13

 

Заключение…………………………………………………………...……..15

 

Список литературы………………………………………………...……….16

 

 

 

 

Введение

 

Биосфе́ра (от греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Термин «биосфера» был  введён в биологии Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX в., а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году. Целостное учение о биосфере создал русский биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.

Существует и другое, более широкое определение: Биосфера — область распространения жизни на космическом теле. При том, что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается, что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы¹.

Целью данной работы, состоящей из введения, двух глав, заключения и списка литературы является рассмотрение и изучение биосферы и ее эволюции. В первой главе мы рассмотрим понятие биосферы. Во второй главе мы разберем эволюцию биосферы Земли.

В работе были использованы монографии, учебные и учебно-методические источники и научная литература, посвященные рассматриваемым вопросам. В частности, данные монографических исследований таких авторов, как Вернадский В.И., Алексеенко В.А., Ковда В.А., и др.

1. Понятие биосферы

 

Биосфера (от био... и сфера), оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов.

Биосфера охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые взаимосвязаны сложными биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии (по В. И. Вернадскому, - биогенная миграция атомов); начальный момент этих циклов заключён в трансформации солнечной энергии растениями и синтезе биогенных веществ на Земле. Термин "биосфера" ввёл в 1875 австрийский геолог Э. Зюсс.

Общее учение о биосфере создано в 20-30-х гг. 20 в. В. И. Вернадским, развившим идеи В. В. Докучаева о комплексном естественно-историческом анализе взаимодействующих в природе разнокачественных объектов и явлений (факторов почвообразования) и выявлении самостоятельных природных объектов гетерогенной структуры и состава (почвы, природные зоны).

В основе учения Вернадского  лежат представления:

1. о планетарной геохимической роли живого вещества (совокупность всех живых организмов, существовавших или существующих в определённый отрезок времени, рассматриваемых как мощный геологический, фактор;
2. об организованности биосферы, являющейся продуктом сложного превращения вещественно-энергетического и информационного потоков живым веществом за время геологической истории Земли.

Биосфера включает не только область жизни (биогеосферу, фитогеосферу, геомериду, витасферу), но и другие структуры Земли, генетически связанные с живым веществом.

По Вернадскому, вещество биосфера состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей:

• живое вещество;
• биогенное вещество;
• косное вещество;
• биокосное вещество;
• радиоактивное вещество;
• рассеянные атомы;
• вещество космического происхождения.

Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые (миграция газов и их превращения); концентрационные (аккумуляция живыми организмами химических элементов из внешней среды); окислительно-восстановительные (химические превращения веществ, содержащих атомы с переменной валентностью, - соединений железа, марганца, микроэлементов и т.д.); биохимические и биогеохимические функции, связанные с деятельностью человека (техногенез, форма созидания и превращения вещества в биосфере, стимулирующая переход биосферы в новое состояние - ноосферу).

Совокупность этих функций  определяет все химические превращения  в биосфере.Эволюция биосферы диалектически связана с эволюцией форм живого вещества (организмы и их сообщества), усложнением его биохимических функций, совершающихся на фоне геологической истории Земли.

Таким образом, биосфера - очень сложная, саморегурирующаяся открытая система, в которой действует  принцип Ле Шателье, обусловливающий  устойчивость ее существования. Интегральным показателем ее эволюции и возрастающего во времени воздействия живого вещества на геологические процессы является эвтрофикация земной коры².

2. Эволюция  биосферы Земли

 

По современным представлениям, возраст Земли оценивается около 5 млрд. лет. Во время своего образования Земля, вероятно, представляла холодное тело близкое по составу к метеоритам. Материал из которого она образовалась, содержал радиоактивные элементы.

Присутствовали, очевидно, и короткоживущие изотопы. Вещество Земли первоначально характеризовалась  однородностью состава.

Вследствие выделения  тепла при гравитационном сжатии и особенно при радиоактивном  распаде недра Земли стали  постепенно разогреваться.

Однако из-за постоянной потери тепла через поверхность  и недостаточности радиогенного тепла полного расплавления Земли не произошло.

В начальные моменты  плавки вещества Земли процессы выплавления  и дегазации, очевидно, охватывали всю  поверхность, которая была относительно ровной и слагалась лишь материалом излившихся базальтов и первичным  веществом планеты. Однообразие и монотонность ландшафтов нарушалось лишь бесчисленным количеством вулканов да беспрепятственно достигавшими земной коры солнечными лучами.

Проходили миллионы лет. И по мере того как шло время постепенно менялся облик планеты: формировались гидросфера и атмосфера. В результате процессов плавления Земли на ее поверхность выносилась вода и разнообразные газы. За счет этой воды и начала формироваться гидросфера масса которой постепенно росла а соответственно увеличивалась и площадь ее поверхности.

С увеличением площадей покрытых водой все меньше становилось наземных вулканов и все больше увеличивалось число подводных извержений или вулканических построек в виде очень пологих островов поднимающихся над водой.

Помимо воды, выделявшейся в виде паров и жидком состоянии из недр Земли одновременно поступали газы и дымы: CH4,CO,S,HCl,HF,HBr и др. Одни из них растворялись в водах гидросферы и участвовали тем самым в формировании ее солевого состава; другие же которые практически не растворялись в воде образовывали атмосферу.

Одновременно с образованием гидросферы происходило формирование атмосферы. Основными компонентами ее были водяные пары метан окись углерода аммиак азот CO2. Состав атмосферы примерно отвечал составу современных вулканических газов. Естественно параллельно с увеличением объема гидросферы происходило возрастание содержания газов в атмосфере.

С какого-то момента, когда содержание паров воды и газов в атмосфере достигло существенного уровня стали существовать условия благоприятствующие возникновению жизни.

 

2.1. Возникновение  органических соединений

 

В то время атмосфера  была проницаема для космического излучения  в несравненно большей степени, чем сейчас поскольку основные компоненты современной атмосферы - азот и кислород - не играли заметной роли отсутствовал озоновый экран меньше было паров воды.

Можно предположить что  в таких условиях в древней  атмосфере должны были постоянно  образовываться сложные органические молекулы (эксперименты показали что при особых воздействиях (ультрафиолетовое излучение ионизирующее излучение) на смеси газов и паров воды сходные с возможным первичным составом атмосферы могут возникать разнообразные органические вещества которые входят в состав биологических макромолекул).

Но эти соединения под влиянием коротковолнового излучения должны были подвергаться и постоянному разрушению. Поэтому предполагают что образовавшиеся соединения сохранялись лишь в том случае если они попадали в водоемы в которых верхний слой воды был достаточен чтобы задержать губительную коротковолновую радиацию.

Таким образом, органические соединения постепенно могли накапливаться в первичном океане и должны были служить не только материалом для создания первых организмов но и необходимой питательной средой для них.

 

2.2. Возникновение  живых организмов

 

Предполагается что органические соединения рассеянные в воде в результате бесчисленных взаимодействий друг с  другом переодических образований  привели в конце концов к возникновению  специфических скоплений органического  вещества.

Эти скопления могли не только длительно существовать но и расти а затем постепенно обмениваться веществом с окружающей средой делиться на части себе подобные.

Это момент был революционным скачком  в результате которого “капля “  органического вещества превратилась в живое существо. Дальше все было относительно проще так как не требовалось радикального изменения состояния вещества а шло лишь усовершенствование живой материи.

Конечно это лишь одна из наиболее возможных схем пути возникновения  жизни на Земле. В действительности все могло быть иначе.

Нельзя с полной уверенностью сказать, что жизнь возникла именно на Земле. Она могла быть и принесена в виде каких-то простейших организмов с метеоритным веществом из космоса в то время когда еще не было плотной атмосферы которая могла сильно разогреть или даже сжечь метеорит³.

 

 

2.3. Возникновение  биосферы

 

Появление в древнем  океане одного жизнеспособного организма  могло привести к мгновенному  в масштабе геологического времени  распространению жизни на Земле. Ведь у живых организмов не было никаких соперников а пище в виде разнообразных органических веществ - целый океан. В связи с этим принято полагать что возникновение жизни на Земле и возникновение биосферы с геологической точки зрения явления синхронные. Кислород в небольших количества выделялся вследствие частичной диссоциации молекул вода и углекислого газа.

 

2.4. Появление  автотрофов

 

Но вот в процессе эволюции простейших организмов какой-то организм за счет энергии Солнца осуществил в своем теле синтез органического водорода сопровождающийся разложением воды и выделением свободного кислорода. Появился первый автотрофный организм родоначальник фотосинтезирующих растений. Это событие ознаменовало величайшую революцию в развитии жизни поскольку именно фотосинтез является двигателем органических процессов.

Эта революция сопровождалась практически уничтожением старого  органического мира. На смену примитивным малоэффективным в энергетическом отношении организмам использовавшим энергию брожения получающуюся за счет уничтожения органических веществ пришли более совершенные организмы которые использовали энергию солнечных лучей и сами создавали органические вещества.

Автотрофные организмы  как и гетеротрофные практически  мгновенно, в смысле геологического времени распространились на все пространство Земли.

 

2.5. Развитие  животных со скелетными образованиями

 

Начало кембрийского периода а следовательно и  начало фанерозоя ознаменовались очень  важным событием в развитии органического  мира.

Впервые появились организмы обладающие карбонатными фосфатными и хитиновыми скелетными образованиями.

Чрезвычайно большую  геологическую роль в кембрии  играли археоциаты: морские беспозвоночные животные с внутренним известковым  скелетом очень сложного и тонкого строения, иногда напоминающие вазочки и кубики величиной от нескольких миллиметров до 40см.