Эволюция биосферы и его структура

БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Имени академика И.Г.Петровского

Факультет: финансово-экономический

Группа: ГМУ 

 

 

РЕФЕРАТ

Тема: «Структурная организованность и эволюция биосферы Земли»

Студент: Павлюкова Ксения Владимировна            _____________

 

Научный руководитель: профессор ПРОСЯННИКОВ Е.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Брянск 2014

СОДЕРЖАНИЕ

 

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

1.Понятие биосферы…………………………………………………………5 стр.

2.Учение В. И. Вернадского о биосфере………………………………..…7 стр.

3.Структурная организованность  биосферы……………………………...10 стр.

 3.1.Биоценозы………………………………………………………………11 стр.

3.2.Геоценозы и биогеоценозы. Экосистемы……………………….........13 стр.

3.3. Биологический круговорот веществ в природе……………………..14 стр.

3.4.Роль энергии в эволюции……………………………………………...15 стр.

4.Эволюция биосферы……………………………………………………...18 стр.

Заключение……………………………………………………………….....23 стр.

Список литературы…………………………………………………………25 стр.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Человек связан с природой неразрывными узами. Начиная с первобытного периода своего существования, он пытался ее познать в целях использования. Природа давала ему пищу, растительную и животную; одежду, жилище; орудия и оружие - каменные, металлические; энергию огня, воды, ветра.

     Постепенно  из наблюдений и опыта использования  различных природных объектов возникли науки. Наука о природе - естествоведение - дифференцировалась на отдельные отрасли знания: биологию, геологию, физику, химию. Каждая из них углублялась в изучение деталей и выделяла новые науки, например ботаника: анатомию, морфологию, физиологию, систематику, филогению растений, микробиологию. То же происходило с зоологией и многими другими науками.

     С развитием отдельных наук о природе  все настоятельнее проявляется  потребность в выявлении всеобъемлющей  картины жизни на планете Земля  и общих процессов, происходящих на ней. Биосфера  тесно связана с деятельностью  человека, и сохранность равновесия ее состава зависит от него.

     В настоящее время в связи с весьма ощутимыми последствиями научно-технического прогресса, ставящим под угрозу дальнейшее существования человека, во всех странах мира испытывается настоятельная потребность в охране биосферы. А чтобы устранить опасности, нависшие над Землей, необходимо знать историю биосферы, знать, как она существовала до возникновения человека. Знание процессов, происходящих в биосфере, и соответственно разумная организация всей деятельности и жизни человечества может помочь восстановить былую красоту природы.

     Под биосферой принято понимать сложную внешнюю оболочку Земли, населенную организмами. Биосфера качественно отличается от всех других сфер Земли, так как в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов, а на последнем этапе истории Земли - и человека. При этом характерно, что определенные группы живых существ могут оказывать различное, вплоть до диаметрально противоположного, влияния на окружающую среду. Например, зеленые растения обогащают ее кислородом, животные - углекислым газом, растения извлекают громадные массы углерода из атмосферы, а микроорганизмы, разлагая органическое вещество, возвращают большую часть углерода обратно, и т.д.

     Современная биосфера включает в себя полностью гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ПОНЯТИЕ БИОСФЕРЫ

В современном естествознании проблемы жизни в целом на Земле объединяются общим понятием биосферы - термин (его в 1875 г. ввел австрийский геолог Э. Зюсс), первоначально означавший совокупность всех живых организмов на нашей планете. Однако в дальнейшем выяснилось, что биосфера представляет собой единство объектов живой и неживой природы, вовлеченных в сферу жизни. Два основных компонента биосферы - живые организмы и среда их обитания - непрерывно взаимодействуют и влияют друг на друга. Как мы уже рассматривали, воздействие биотических (живых) факторов на абиогенные условия в значительной мере изменяет физическое, химическое и геологическое состояние нашей планеты. Именно поэтому биосферу нельзя рассматривать отдельно от неживой природы, а только в единой совокупности со средой обитания живых организмов - гидросферой, атмосферой и верхней частью литосферы, которые и обеспечивают их необходимыми компонентами жизни - водой, кислородом, минеральными веществами и микроорганизмами.

 Можно даже сказать, что окружающая среда выступает  неким регулятором жизненных  процессов, причем не только в  поставке необходимых веществ  и контактном взаимодействии, но  и во влиянии совокупностей  полей различной природы, обладающих в том числе энергетическими и информационными характеристиками.

     Таким образом, биосфера - это вся совокупность связанных между собой биологическим круговоротом веществ и энергий биогеоценозов на поверхности Земли. Состав, структура и энергетика биосферы определяются совокупной деятельностью живых организмов. В различных природных условиях биосфера принимает вид относительно независимых комплексов - биогеоценозов. Биосфера распространена неравномерно по земной поверхности, верхняя ее граница - 25-30 км, нижняя (в земной коре) - до 2-3 км, в воде - до 3-10 км.

     Океан занимает около 71% земной поверхности  Земли, но его биомасса составляет всего 0,13% от суммарной массы живых организмов. Масса живого вещества сосредоточена в основном в сухопутных растениях. Сухопутные животные составляют 93% , водные - 7%, растительность на суше - 92%, в воде - 8%. Одним из признаков живого и условием сохранения биоты и биосферы в целом является разнообразие видов живых организмов. К настоящему времени установлено, что число видов растений составляет 21%, а животных - 79% от общего числа объектов живой природы. Однако на 79% видов животных приходится всего 1% всей биомассы Земли.

Отсюда В.И.Вернандский делает вывод, что чем выше уровень видовой дифференциации, тем меньше соответствующая ему биомасса. Такое распределение численности видов и их биомасс носит не случайный характер, а определяется ходом эволюции. Несмотря на то что животный мир более разнообразен и почти в 4 раза превосходит численность видов растений, на долю позвоночных и млекопитающих приходится менее 4%, поэтому на суше преобладают растения, а в воде - животные. Из процентного соотношения сухопутных и водных видов делается вывод, что возможность видообразования на суше, обусловленная процессами эволюции, выше, чем в воде.

Отметим еще один общий закон: чем выше уровень дифференциации, тем меньше занимаемый видом объем[1].

 
                       

 

 

 

 

  2.УЧЕНИЕ В.И.ВЕРНАДСКОГО О БИОСФЕРЕ

Впервые идею о геологических функциях живого вещества, представление о совокупности всего органического мира как единого нераздельного целого высказал русский ученый В.И. Вернадский. Целью, которую поставил перед собой ученый, стало изучение влияния живых организмов на окружающую среду. Этим вопросом, в отличие от изучения воздействия среды на живые организмы, до того не занимался никто. Разумеется, заметить такое воздействие со стороны отдельного организма практически невозможно. Оно становится заметным только при рассмотрении большого числа живых существ. Поэтому Вернадский ввел понятие живого веществакак совокупности всех живых организмов планеты, включая человека[4].

В своих представлениях о живом веществе он исходил из того, что в процессе жизнедеятельности организмы получают из окружающей среды необходимые химические вещества, а после смерти они возвращают их обратно и таким образом живое и неживое находится в постоянном взаимодействии. Несмотря на то, что живое вещество составляет незначительную по объему и весу часть биосферы, оно, тем не менее, является ее определяющим компонентом. Живые организмы — та геохимическая сила, которая играет ведущую роль в формировании облика нашей планеты. В функциональном плане живое вещество становилось тем звеном, которое соединяло историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества и источниках энергии для этого.

Взаимодействие живого вещества планеты с окружающей средой рождает биосферу — область распространения жизни на Земле.

Таким образом, биосфера— это живое вещество планеты и преобразованная им окружающая среда[3].

Она представляет собой единую систему, в которой масса живого вещества, несмотря на все изменения и переходы из одного состояния в другое, сохраняется неизменной. Структура, состав и энергия биосферы определяются прошлой и настоящей деятельностью живых организмов, в том числе и человека. Своими границами она охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Биосфера является одним из основных структурных компонентов нашей планеты и околоземного космического пространства. Это сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20—22 км над земной поверхностью (до озонового экрана), а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8—11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2—3 км. По современным представлениям, живые организмы могут существовать при температуре не более 100°С. Таким образом, по сравнению с другими геосферами биосфера представляет собой тончайшую пленку. Правда, она покрывает всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете, где бы не было жизни, включая пустыни и ледяные просторы Арктики и Антарктики[4].

Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Самое большое его количество локализовано в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. Глубже в земную кору, океан, выше в атмосферу количество живого вещества уменьшается. Это дало основания Вернадскому говорить о сгущениях и разрежениях жизни.

Особенностью биосферы является то, что между биосферой и окружающими ее земными оболочками нет резкой границы. И, прежде всего, нет той границы в атмосфере, которая сделала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энергии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Живое вещество поглощает и перерабатывает эту энергию в биогеохимическую энергию живого вещества биосферы. Биогеохимическая энергия может быть выражена скоростью заселения биосферы данным видом организмов. Для некоторых бактерий эта скорость ограничивается лишь скоростью деления цепочки клеток и приближается к скорости звука. Это означает, что при благоприятных условиях данный вид может заселить Землю практически мгновенно[2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗОВАННОСТЬ

  Существование всех  живых организмов на Земле  неразрывно связано с окружающей  средой. Растения и животные находятся  не только в тесной зависимости  от неживой природы и от  других организмов, испытывая их  воздействие и приспосабливаясь  к ним, но и, потребляя разнообразные  продукты окружающей среды, сами  преобразуют природу. Потребляемые  вещества, необходимые для жизни, называются биогенами. К ним относятся химические вещества, абсолютно необходимые для существования живых организмов и входящие в их состав (молекулы кислорода, азота, углерода и т.д.), вещества, возникшие в результате разложения остатков организмов, но еще не полностью минерализованные, вещества, образуемые растениями (например, лук, чеснок, хрен, так называемые фитонциды) и животными организмами и связанные с их жизнедеятельностью, а также вещества, которые оказывают стимулирующее действие на организмы (биогенные стимуляторы). К абиотическим компонентам окружающей среды, необходимым для существования живой природы, относятся атмосфера, почва, вода, солнечная энергия, воздействие радиации, электромагнитных и тепловых полей, т.е. такие условия воздействия окружающей среды, в которых живые организмы возникли и могут существовать[6].

    По своему составу, строению и организованности биосфера — это сложная оболочка, которая включает в себя:

1)     живое вещество  — совокупность живых организмов  планеты, включая человека;

2)     биогенное  вещество, созданное в процессе  жизнедеятельности организмов (газы  атмосферы, уголь, нефть, известняки  и т.д.);

3)     косное вещество, сформированное без участия жизни, к нему относятся атмосфера, гидросфера  и литосфера;

4)     биокосное вещество — результат взаимодействия жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почва, озерная вода);

5)     вещество  космического происхождения.

Биомасса организмов, обитающих на суше, на 92,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% — животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов — 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего  0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, хотя их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов — беспозвоночные и только 4% — позвоночные, из которых только десятая часть приходится на млекопитающих. Таким образом, в количественном отношении преобладают формы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития.