Вчення В. І. Вернадського про біосферу

Зміст

Вступ

Біосфера - це середовище нашого життя, це та природа, яка нас оточує, про який ми говоримо в розмовній мові. Людина - перш за все - своїм диханням, проявом своїх функцій, нерозривно пов'язаний з цією «природою», хоча б він жив в місті чи в затишному будиночку.

В. І. Вернадський.

Біосфера (грец. bios - життя, sphaira - куля, сфера) - складна зовнішняоболонка Землі, населена організмами, складовими в сукупності живеречовина планети. Це один з найважливіших геосфер Землі, що є основнимкомпонентом природного середовища, що оточує людину.

Вперше термін «біосфера» був введений у науку геологом з Австрії
Едуардом Зюсом в 1875 р. Він розумів під біосферою тонку плівку життя наземної поверхні. Роль і значення біосфери для розвитку життя на нашійпланеті виявилася настільки велика, що вже в першій третині XX ст. виниклонове фундаментальне науковий напрямок у природознавстві - вчення пробіосфері, основоположником якого є великий російський вчений В. І.
Вернадський.

Однак задовго до цього під іншими назвами, зокрема
"простір життя", "картина природи", "жива оболонка Землі" і т.п.,зміст терміна біосфера розглядався багатьма іншиминатуралістами.

Спочатку під усіма цими термінами малася на увазі тількисукупність живих організмів, що живуть на нашій планеті, хоча іноді івказувався їхній зв'язок з географічними, геологічними і космічнимипроцесами, але при цьому скоріше зверталася увага на залежність живоїприроди від сил і речовин неорганічної природи. Навіть автор самого терміна
"біосфера" Е. Зюсс у своїй книзі "Лик Землі", опублікованої майжетридцять років після введення терміна (1909 р.), не зауважував зворотноговпливу біосфери і визначав її як "сукупність організмів,обмежену в просторі і в часі і що мешкає на поверхні Землі ".

Земля і навколишнє її середу сформувалася в результаті закономірногорозвитку всієї Сонячної системи. Близько 4,7 млрд років тому з розсіяного впротосонячній системі газопилеватого речовини утворилася планета Земля.
Як і інші планети, Земля отримує енергію від Сонця, що досягає земноїповерхні у вигляді електромагнітного випромінювання. Сонячне тепло - одне зголовних складових клімату Землі, основа для розвитку багатьох геологічнихпроцесів. Великий тепловий потік виходить з глибини Землі.

За новітніми даними, маса Землі складає 6 * 1021 т, об'єм - 1,083 * 1012км3, площа поверхні - 510,2 млн км2. Розміри, а отже, і всеприродні ресурси нашої планети обмежені.

Наша планета має неоднорідне будову і складається з концентричнихоболонок (геосфер) - внутрішніх і зовнішніх. До внутрішніх відносяться ядро,мантія, а до зовнішніх - літосфера, гідросфера, атмосфера і складна оболонка
Землі - біосфера.

Поняття біосфери

Сутність і структура біосфери

Першим з біологів, що ясно вказав на величезну роль живихорганізмів в утворенні земної кори, був Ж. Б. Ламарк (1744 - 1829). Вінпідкреслював, що всі речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі іутворюють його кору, сформувалися завдяки діяльності живихорганізмів.

Факти і положення про біосферу накопичувалися поступово в зв'язку зрозвитком ботаніки, грунтознавства, географії рослин і іншихпереважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Тіелементи знання, що стали необхідними для розуміння біосфери в цілому,виявилися зв'язаними з виникненням екології, науки, що вивчаєвзаємини організмів і навколишнього середовища. Біосфера євизначеною природною системою, а її існування в першу чергувиражається у кругообігу енергії і речовин при участі живих організмів.

Дуже важливим для розуміння біосфери було встановлення німецькимфізіологом Пфефером (1845 - 1920) трьох способів харчування живих організмів:автотрофне - побудова організму за рахунок використання речовиннеорганічної природи;гетеротрофне - будівля організму за рахунок використання низькомолекулярнихорганічних сполук;міксотрофное - змішаний тип побудови організму (автотрофне -гетеротрофних).

Біосфера (у сучасному розумінні) - своєрідна оболонка Землі,що містить всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети,що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.

Біосфера, будучи глобальною екосистемою, як і будь-яка екосистема,складається з абіотичним і біотичної частини.

абіотичних частина представлена:
1. грунтом і стелить її породами до глибини, де в них ще є живі організми, які вступають в обмін з речовиною цих порід і фізичним середовищем порового простору.
2. Атмосферним повітрям до висот, на яких можливі ще прояви життя.
3. Водної середовищем океанів, річок, озер і т.п.

біотичної частина складається з живих організмів всіх таксонів,здійснюють найважливішу функцію біосфери, без якої не можеіснувати саме життя: біогенний ток атомів. Живі організми здійснюютьцей струм атомів завдяки своєму диханню, харчування і розмноження,забезпечуючи обмін між усіма частинами біосфери.

В основі біогенної міграції атомів у біосфері лежать два біохімічнихпринципу:
- прагнути до максимального прояву, до «всюдності» життя;
- забезпечувати виживання організмів, що збільшує саму біогенну міграцію.
Атмосфера - найбільш легка оболонка Землі, яка межує з космічнимпростором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії зкосмосом.

Атмосфера має кілька шарів:
1. тропосфера - нижній шар, що примикає до поверхні Землі (висота 9-17 км). У ньому зосереджено близько 80% газового складу атмосфери і уся водяна пара;
2. стратосфера;
3. ноносфера - там "жива речовина" відсутня.

Переважні елементи хімічного складу атмосфери: N2 (78%), O2
(21%), CO2 (0,03%).
Гідросфера - водна оболонка Землі. Внаслідок високої рухливості водапроникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найбільшчисті атмосферні води містять від 10 до 50 мгр/л розчинних речовин.

Переважні елементи хімічного складу гідросфери: Na +, Mg2 +, Ca2 +,
Cl-, S, C. Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого неговорить про те, наскільки він важливий для рослинних і тваринних організмів,живуть у ній. У цьому відношенні ведуча роль належить N, P, Si,що засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічноїводи є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенняму всьому обсязі світового океану.
Літосфера - зовнішня тверда оболонка Землі, що складається з осадових імагматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхнійшар твердого тіла планети, розташований вище сейсмічної границі
Мохоровичича. Поверхневий шар літосфери, в якому здійснюєтьсявзаємодія живої матерії з мінеральної (неорганічної), являєсобою грунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус
(родючу частину грунту). Складовими частинами грунту служать мінерали,органічні речовини, живі організми, вода, гази.

Переважні елементи хімічного складу літосфери: O, Si, Al, Fe,
Ca, Mg, Na, K.

I. Вчення В. І. Вернадського про біосферу

1. Характеристика головних типів речовин біосфери

За сучасними уявленнями, біосфера - це особлива оболонка землі,що містить всю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети,що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.

Ці уявлення базуються на вченні В. І. Вернадського (1863 -1945) пробіосфері, що є найбільшим з узагальнень в галузі природознавства у ХХв. Найважливіше значення його вчення на весь зріст виявилася лише у другійполовині століття. Цьому сприяв розвиток екології і, перш за всеглобальної екології, де біосфера є основним поняттям.

Вчення Вернадського про біосферу - це цілісне фундаментальне вчення,органічно пов'язаний з найважливішими проблемами збереження і розвитку життя на
Землі, що знаменує собою принципово новий підхід до вивчення планети якрозвивається саморегульованої системи минулого, сьогодення і майбутнє.

За уявленнями В. І. Вернадського, біосфера містить у собі живеречовина, утворена сукупністю організмів; биогенное речовина,яка створюється в процесі життєдіяльності організмів (гази атмосфери,кам'яне вугілля, нафта, торф, вапняки та ін); відсталу речовину, якаформується без участі живих організмів (числа хім);біокосні речовина, що представляє собою спільний результатжиттєдіяльності організмів і небіологічних процесів (наприклад, грунту);а також радіоактивна речовина, речовина космічного походження
(метеорити тощо) і розсіювання атоми. Всі ці сім типів речовингеологічно пов'язані між собою.

відсталу речовину біосфери.

Межі біосфери визначаються факторами земного середовища, які роблятьнеможливим існування живих організмів. Верхня межа проходитьприблизно на висоті 20 км від поверхні планети і обмежена шаром озону,що затримує згубні для життя короткохвильову частинаультрафіолетового випромінювання Сонця. Таким чином, живі організми можутьіснувати в тропосфері і нижніх шарах стратосфери. У гідросфері земноїкори організми проникають на всю глибину Світового океану - до 10-11 км. Улітосфері життя зустрічається на глибині 3,5-7,5 км, що обумовленотемпературою земних надр і умовою проникнення води в рідкому стані.

Атмосфера.

Газова оболонка складається в основному з азоту і кисню. У невеликихкількостях в ній міститься діоксид вуглецю (0,03%) і озон. Станатмосфери дуже впливає на фізичні, хімічні табіологічні процеси на поверхні Землі й у водному середовищі. Длябіологічних процесів найбільше значення мають: кисень, який використовуєтьсядля дихання і мінералізації мертвої органічної речовини, діоксидвуглецю, що бере участь у фотосинтезі, і озон, екранує земнуповерхню від жорсткого ультрафіолетового випромінювання. Азот, діоксидвуглецю, пари води утворилися в значній мірі завдякивулканічної діяльності, а кисень - в результаті фотосинтезу.

Гідросфера.

Вода - найважливіший компонент біосфери і один з необхідних чинниківіснування живих організмів. Основна її частина (95%) знаходиться у Світовомуокеані, що займає близько 70% поверхні земної кулі і містить 1300млн. км3. Поверхневі води (озера, річки) включають всього 0,182 млн. км3, акількість води в живих організмах складає всього 0,001 млн. км3.
Значні запаси води (24 млн. км3) містять льодовики. Велике значеннямають гази, розчинені у воді: кисень і діоксид вуглецю. Їх кількістьшироко варіює від температури і присутності живих організмів. Діоксидувуглецю, що міститься у воді, у 60 разів більше, ніж в атмосфері.
Гідросфера формувалася у зв'язку з розвитком літосфери, яка протягомгеологічної історії Землі виділяла велику кількість водяної пари.

Літосфера.

Основна маса організмів, що мешкають в межах літосфери, знаходиться вгрунтовому шарі, глибина якого не перевищує кількох метрів. Грунтвключає мінеральні речовини, які утворюються при руйнуванні гірських порід, іорганічні речовини - продукти життєдіяльності організмів.

Живі організми (жива речовина).

Хоча межі біосфери досить вузькі, живі організми в їх межахрозподілені дуже нерівномірно. На великій висоті і в глибинах гідросфериі літосфери організми зустрічаються відносно рідко. Життя зосередженаголовним чином на поверхні Землі, в грунті і в приповерхневому шаріокеану. Загальну масу живих організмів оцінюють в 2,43 х1012т. Біомасаорганізмів, що живуть на суші, на 99,2% представлена зеленими рослинами і
0,8% - тваринами і мікроорганізмами. Навпаки, в океані на частку рослинприпадає 6,3%, а на частку тварин і мікроорганізмів - 93,7% усієїбіомаси. Життя зосереджена головним чином на суші. Сумарна біомасаокеану складає всього 0,03 х10 12 т, або 0,13% біомаси всіх істот,живуть на Землі.

У розподілі живих організмів за видовим складом спостерігається важливазакономірність. Із загального числа видів 21% припадає на рослини, але їхвнесок у загальну біомасу становить 99%. Серед тварин 96% видів --безхребетні і лише 4% - хребетні, з яких десята частина --ссавці. Маса живої речовини складає всього 0,01-0,02% від відсталогоречовини біосфери, однак вона відіграє провідну роль у геохімічнихпроцесах. Речовини і енергію, необхідну для обміну речовин, організмичерпають з навколишнього середовища. Обмежені кількості живої матеріївідтворюються, перетворюються і розкладаються. Щорічно, завдякижиттєдіяльності рослин і тварин, відтворюється близько 10% біомаси.

Суть вчення В. І. Вернадського полягає у визнанні виключноїролі «живої речовини», що перетворює обличчя планети. Сумарний результатйого діяльності за геологічний період часу величезний. За словами
Вернадського, «на земній поверхні немає хімічної сили більш постійнодіючої, а тому більш могутньою по своїм кінцевим наслідків,ніж живі організми, взяті в цілому ». Саме живі організми вловлюють іперетворюють енергію Сонця і створюють нескінченну різноманітність нашого світу.

Другим найголовнішим аспектом вчення В. І. Вернадського єрозроблене ним подання про організованості біосфери, якапроявляється в узгодженому взаємодії живого і неживого, взаємноїпристосування організму та середовища. «Організм, - писав В. І. Вернадський, --має справу з середовищем, до якої він не лише пристосований, але якапристосована до нього ».

Ця взаємодія позначається насамперед у створенні численнихнових видів культурних рослин і домашніх тварин. Такі види неіснували раніше і без допомоги людини або гинуть, або перетворюютьсяв дикі породи. Тому Вернадський розглядає геохімічну роботуживої речовини в нерозривному зв'язку тварини, рослинного царства ікультурного людства як роботу єдиного цілого.

На думку В. І. Вернадського, у минулому не додавали значення двомважливих факторів, що характеризують живі тіла і продукти їхжиттєдіяльності:
1. відкриттю Пастера про перевагу оптично активних з'єднань, пов'язаних з дісімметрічностью просторової структури молекул, як відмінної риси живих тіл;
2. явно недооцінювався внесок живих організмів в енергетику біосфери і їхній вплив на неживі тіла. Адже до складу біосфери входить не тільки жива речовина, але і різноманітні неживі тіла, що В. І. Вернадський називає відсталими (атмосфера, гірські породи, мінерали і т.д.), а також і біокосні тіла, утворені з різнорідних живих і відсталих тел (грунти, поверхневі води тощо). Хоча жива речовина по обсязі і вазі складає незначну частину біосфери, але воно відіграє основну роль у геологічних процесах, пов'язаних зі зміною вигляду нашої планети.

Оскільки жива речовина є визначальним компонентом біосфери,можна стверджувати, що воно може існувати і розвиватися тільки в рамкахцілісної системи біосфери. Не випадково тому В. І. Вернадський вважає,що живі організми є функцією біосфери і найтіснішим чиномматеріально й енергетично з нею зв'язані, є величезною геологічноюсилою, її визначальної.

Вихідною основою існування біосфери і відбуваються в нійбіогеохімічних процесів є астрономічне положення нашої планетиі в першу чергу її відстань від Сонця і нахил земної осі до екліптики,чи до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землівизначає в основному клімат на планеті, а останній у свою чергу --життєві цикли всіх існуючих на ній організмів. Сонце єосновним джерелом енергії біосфери і регулятором усіх геологічних,хімічних і біологічних процесів на нашій планеті. Цю її роль образновисловив один з авторів закону збереження і перетворення енергії Юліус Майер
(1814 - 1878), що відзначив, що життя є створення сонячного променя.

Вирішальне відмінність живої речовини від відсталого заключается в наступному:
3. зміни і процеси в живій речовині відбуваються значно швидше, ніж у відсталих тілах. Тому для характеристики змін у живій речовині використовується поняття історичного, а у відсталих тілах - геологічного часу. Для порівняння відзначимо, що секунда геологічного часу відповідає приблизно ста тисячам років історичного;
4. у ході геологічного часу зростають міць живої речовини і його вплив на відсталу речовину біосфери. Це вплив, указує В. І.

Вернадський, виявляється насамперед "у безупинному біогенному струмі атомів з живої речовини у відсталу речовину біосфери і назад";
5. тільки в живій речовині відбуваються якісні зміни організмів у ході геологічного часу. Процес і механізми цих змін уперше знайшли пояснення в теорії походження видів шляхом природного відбору

Ч. Дарвіна (1859 р.);
6. живі організми змінюються в залежності від зміни навколишнього середовища, адаптуються до неї і, відповідно до теорії Дарвіна, саме поступове нагромадження таких змін служить джерелом еволюції.

В. І. Вернадський висловлює припущення, що жива речовина,можливо, має і свій процес еволюції, що виявляється в зміні з ходомгеологічного часу, поза залежністю від зміни середовища.

Для підтвердження своєї думки він посилається на безупинний рістцентральної нервової системи тварин і її значення в біосфері, а також наособливу організованість самої біосфери. На його думку, у спрощеній моделіцю організованість можна виразити так, що жодна з крапок біосфери "непопадає в те ж місце, у ту ж крапку біосфери, у який коли-небудь булараніше ". У сучасних термінах це явище можна описати як незворотністьзмін, при будь-якому процесу еволюції і розвитку.

Безперервний процес еволюції, що супроводжується появою нових видіворганізмів, впливає на всю біосферу в цілому, в тому числі і наприродні біокосні тіла, наприклад, грунту, наземні та підземні води і т.д. Це підтверджується тим, що грунти і ріки девону зовсім інші, ніжтретинної і тим більше нашої епохи. Таким чином, еволюція видів поступовопоширюється і переходить на всю біосферу.

В. І. Вернадський обгрунтував також найважливіші подання про формиперетворення речовини, шляхи біогенної міграції атомів, тобто міграціїхімічних елементів за участю живої речовини, накопиченні хімічнихелементів, про рушійні фактори розвитку біосфери і ін

Процес розвитку біосфери

Найважливішою частиною вчення Вернадського є уявлення про їївиникненні та розвитку. Сучасна біосфера виникла не відразу, а врезультаті тривалої еволюції в процесі постійної взаємодіїабіотичних та біотичних факторів. Перші форми життя, мабуть, булипредставлені анаеробними бактеріями. Однак творча і перетворюючароль живої речовини стала здійснюватися лише з появою в біосферіфотосинтезуючих автотрофи - ціанобактерій і синьо-зелених водоростей
(прокаріотів), а потім і справжніх водоростей і наземних рослин
(еукаріотів), що мало вирішальне значення для формування сучасноїбіосфери. Діяльність цих організмів призвела до накопичення в біосферівільного кисню, що розглядається як один з найважливіших етапівеволюції.

Паралельно розвивалися і гетеротрофи, і перш за все - тварини.
Головними датами їх розвитку є вихід на сушу і заселення материків (допочатку третинного періоду) і, нарешті, появи людини.

У стислому вигляді ідеї В. І. Вернадського про еволюцію біосфери можуть бутисформульовані наступним чином:
1. Спочатку сформувалася літосфера - провісник навколишнього середовища, а потім після появи життя на суші - біосфера.
2. Протягом усієї геологічної історії Землі ніколи не спостерігалися азойние геологічні епохи (тобто позбавлені життя). Отже, сучасне жива речовина генетично пов'язане з живою речовиною минулих геологічних епох.
3. Живі організми - головний фактор міграції хімічних елементів у земній корі, «принаймні, 90% за вагою маси її речовини в своїх істотних рисах обумовлено життям». (В. Вернадський)
4. Грандіозний геологічний ефект діяльності обумовлений тим, що їх кількість нескінченно велика і діють вони практично протягом нескінченно великого проміжку часу.
5. Основним рушійним фактором розвитку процесів у біосфері є біохімічна енергія живої речовини.

Вінцем творчості В. І. Вернадського стало вчення про ноосферу, тобтосфері розуму.

В цілому вчення Вернадського про біосферу заклав основи сучаснихуявлень про взаємозв'язок і взаємодії живої та неживої природи.
Практичне значення вчення про біосферу величезне. В наші дні воно служитьприродничо основою раціонального природокористування і охоронинавколишнього природного середовища.

Висновок

Перехід до ноосфери

Вернадський, аналізуючи геологічну історію Землі, стверджує, щоспостерігається перехід біосфери в новий стан - у ноосферу під дієюнової геологічної сили, наукової думки людства. Однак у працях
Вернадського немає закінченої і несуперечливого тлумачення сутностіматеріальної ноосфери як перетвореної біосфери. В одних випадках вінписав про ноосферу в майбутньому часі (вона ще не настала), в інших втеперішньому (ми входимо в неї), а іноді пов'язував формування ноосфери зпоявою людини розумної або з виникненням промисловоговиробництва. Треба зауважити, що коли в якості мінералога Вернадськийписав про геологічної діяльності людини, він ще не вживав понять
"Ноосфера" і навіть "біосфера". Про формування на Землі ноосфери він найбільшдокладно писав у незавершеної роботі "Наукова думка як планетнеявище ", але переважно з точки зору історії науки.

Отже, що ж ноосфера: утопія чи реальна стратегія виживання? Праці
Вернадського дозволяють більш обгрунтовано відповісти на поставлене питання,оскільки в них зазначений ряд конкретних умов, необхідних для становленнята існування ноосфери. Перерахуємо ці умови:заселення людиною всієї планети;різке перетворення засобів зв'язку та обміну між країнами;посилення зв'язків, у тому числі політичних, між всіма країнами Землі;початок переважання геологічної ролі людини над іншими геологічнимипроцесами, що протікають у біосфері;розширення меж біосфери та вихід у космос;відкриття нових джерел енергії;рівність людей всіх рас і релігій;збільшення ролі народних мас у вирішенні питань зовнішньої та внутрішньоїполітики;свобода наукової думки та наукового шукання від тиску релігійних,філософських і політичних побудов та створення в державному ладіумов, сприятливих для вільної наукової думки;продумана система народної освіти і піднесення добробутутрудящих. Створення реальної можливості не допустити недоїдання і голоду,злиднів і надзвичайно послабити хвороби;розумне перетворення первинної природи Землі з метою зробити їїздатної задовольнити всі матеріальні, естетичні і духовніпотреби чисельно зростаючого населення;виключення війн з життя суспільства.

Центральною темою навчання про ноосферу є єдність біосфери ілюдства. Вернадський у своїх роботах розкриває корені цієї єдності,значення організованості біосфери в розвитку людства. Це дозволяєзрозуміти місце і роль історичного розвитку людства в еволюціїбіосфери, закономірності її переходу в ноосферу.

Однією з ключових ідей, що лежать в основі теорії Вернадського проноосферу, є те, що людина не є самодостатньою живоюістотою, що живе окремо за своїми законами, він співіснує усерединіприроди і є частиною її. Ця єдність зумовлена перш за всефункціональної нерозривністю навколишнього середовища і людини, що намагавсяпоказати Вернадський як біогеохімік. Людство саме по собі єприродне явище і природне, що вплив біосфери позначається не тількина середовищі життя, але і на образі думки.

Список використаної літератури

1. Вернадський В.І. Біосфера і ноосфера. Москва - 1989 р.
2. Рузалін Г.І. Концепція сучасного природознавства. Москва - 1997 р.
3. Голубєв В. С. Еволюція: від геохімічних систем до ноосфери. Київ - 1992 р.
4. Коробкін В. І., Передельскій Л. В. Екологія для студентів вузів. Ростов-на-Дону, «Фенікс» - 2001 р.
5. Екологія. Енциклопедія для дітей, том 19. Москва, «Аванта +» - 2001 р.
6. Алексєєв В. П. Нариси екології людини. Москва «Наука» - 1993 р.