Реферат на тему:
«Зарождение и эволюция биосферы Земли»
Содержание:
Введение
1. Общая характеристика биосферы Земли
2. Эволюция биосферы Земли
2.1 Теория Большого взрыва как гипотеза зарождения Вселенной
2.2 Теория А.И.Опарина как гипотеза возникновения жизни (органических веществ, предбиологических структур) на планете Земля
2.3 Большой биологический взрыв как гипотеза перехода от неживой к живой форме организации материи
2.4 Учение о биосфере
2.5 Учение о ноосфере
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Одной из наиглавнейших особенностей планеты Земля есть существование на ней жизни — этим она отличается от всех своих соседок-планет.
Появление и развитие жизни на Земле — это уникальное явление во всей Солнечной системе. Но оно не случайно, а было подготовлено сочетанием ряда благоприятных условий. Прежде всего, для зарождения жизни должен был сформироваться сложный комплекс активно взаимодействующих природных компонентов, которые в течение чрезвычайно длительного времени в относительно стабильных гидротермальных условиях испытали строго направленную эволюцию.
Та часть литосферы, гидросферы и атмосферы Земли, в которой существуют и развиваются растительные и живые организмы, называется биосферой. В ее состав входят не только растительный покров и животное население планеты, все реки и озера, водная масса океанов, но и почвенный слой, значительная часть тропосферы и самый верхний слой земной коры — зоны выветривания. На земной поверхности практически нет площадей, где отсутствует жизнь. Даже в жарких и безводных тропических пустынях или на поверхности высокогорных ледников и полярных льдов обнаружены микробы и другие микроорганизмы.
Знания о биосфере сегодня как никогда актуальны и необходимы. Человек вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее. В связи с этим 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.
Цель данной работы: рассмотреть понятие биосферы Земли, охарактеризовать особенности ее возникновения и эволюции.
Структура работы: работа состоит из введения, 2 глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы 20 страниц.
Общая характеристика биосферы Земли
Область существования живых организмов на Земле называют биосферой (сферой жизни). Впервые этот термин ввел австрийский геолог Э.Зюсс в 1875 году, но распространился он после издания труда выдающегося ученного В.Вернадского. Живые существа (растения, животные, микроорганизмы) существуют на поверхности Земли, в ее атмосфере, гидросфере и верхней части литосферы, в целом образуя пленку жизни (сферу) на нашей планете.
Атмосфера — наиболее легкая оболочка нашей планеты, граничащая с космическим пространством. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет самые легкие газы: водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, которая определяет тепловой режим поверхности планеты, вызывает диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Верхняя граница биосферы простирается на 85 км над поверхностью Земли. На таких высотах (в стратосфере) во время запусков геофизических ракет в пробах воздуха обнаружены споры микроорганизмов, правда в латентном (спящем) виде из за слишком неблагоприятных условий существования.
Гидросфера — водная оболочка Земли. Вследствие широкой подвижности воды проникают повсеместно в различные природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледяных панцирей покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов различной степени концентрации. Даже наиболее чистые атмосферные воды содержат 10 -50 мг/л растворенных веществ. Гидросфера находится в тесной взаимосвязи с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы, в которое она входит в качестве обязательного компонента.
Подавляющая часть массы вод (94 %) слагает Мировой океан, который представляет собой уникальную природную систему. В ней происходит грандиозный процесс обмена и трансформации энергии и вещества нашей планеты. При этом различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана — древнейшую область биосферы Земли. Со времени образования океана протекало изменение его природы под воздействием различных природных процессов: солнечного излучения, геологических и геохимических факторов и, что особенно важно, под влиянием биологических процессов. Биологические процессы проявлялись и проявляются в развитии живых организмов, в биологической продуктивности и осадкообразовании на всей площади дна Мирового океана, в формировании различного рода органогенных илов. В настоящее время можно считать, что в морской воде присутствуют все химические элементы таблицы Менделеева. Однако преобладающая часть растворенных веществ сложена немногими химическими элементами: O, H, Na, Mg, Ca, Cl, S. Некоторые из элементов, несмотря на относительно низкую концентрацию, играют важную роль в химических процессах моря и в морских организмах. В этом отношении ведущая роль принадлежит азоту, фосфору и кремнию, которые усваиваются живыми организмами, и их концентрация в морской воде контролируется ростом и размножением морских животных и растений. Следует отметить одну особенность океанической воды — главные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме Мирового океана. Это указывает на устойчивость динамического равновесия между количеством растворенных веществ, поступающих с поверхности континентов в океан, и их осаждением.
Земная кора — наиболее неоднородная твердая оболочка Земли, сложенная различными минеральными ассоциациями в виде осадочных, изверженных и метаморфических горных пород. В учебной и научной литературе применяется термин «литосфера», предложенный Э.Зюссом. В настоящее время под литосферой понимают более обширную, чем земная кора, область.
Литосфера — это верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую прочность и переходящая в нижележащую астеносферу, прочность которой относительно мала. Она включает земную кору и верхнюю мантию до глубин примерно 200 км. Выделяются два основных типа земной коры — континентальный и океанический. Между ними находится промежуточный тип, который называют субконтинентальным. Общий химический состав земной коры определяют немногие элементы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, которые слагают основную ее массу. При этом наиболее распространенным элементом является кислород, составляющий едва ли не половину массы земной коры (> 47,3 %) и 92 % ее объема. Он прочно связан химически с другими элементами в главных породообразующих минералах.
Нижняя граница биосферы достигает глубин литосферы, где температура становится 1000С (в молодых складчатых областях – это приблизительно 1.5 – 2 км и на кристаллических щитах – 7-8 км). Однако В.И.Вернадский справедливо относил к биосфере и все горные породы, созданные за счет жизнедеятельности организмов (так называемые былые биосферы, или палеобиосферы), а поскольку почти все породы осадочного чехла Земли так или иначе есть продуктом жизнедеятельности животных и растений, нижняя граница должна находится на глубине 10-15 км ниже земной поверхности.
Живое вещество биосферы в общем занимает ничтожное пространство в масштабе всего земного шара. Широкое распространение самого термина «живое вещество» связано с работами В.И.Вернадского. Он показал, что все живые организмы Земли образуют единое целое — живое вещество планеты. Жизнь на Земле — самый выдающийся процесс на ее поверхности, получающий живительную энергию Солнца и приводящий в движение едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева.
Биосфера есть часть земного пространства, охваченного жизнью с ее активным химическим проявлением. В биосфере возможно существование организмов в любых возможных концентрациях — от единичных бактерий и спор в 1 см3 атмосферного воздуха до мощных тропических лесов экваториальной зоны и следов жизни в пучинах Мирового океана. По своим требованиям к условиям внешней среды организмы расселяются в разных верхних горизонтах Земли: в нижней атмосфере, в гидросфере, в почвах, в глубинах литосферы, пропитанных природными водами и нефтяными месторождениями. Все живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным вероятностным оценкам общее количество массы живого вещества в современную эпоху составляет порядка 2420 млрд.т. Таким образом, все живое вещество нашей планеты составляет ~1/10000000 часть массы земной коры. Однако в качественном отношении живое вещество представляет собой наиболее высокоорганизованную часть материи Земли. По своему активному воздействию на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно резко отличается от других оболочек земного шара, так же, как живая материя отличается от мертвой. Оценка среднего химического состава живого вещества была произведена А.П.Виноградовым. Главные составные части живого вещества — это элементы, широко распространенные в природе: в атмосфере, гидросфере, литосфере и космосе. Средний элементарный состав живого вещества отличается от состава земной коры высоким содержанием углерода. По содержанию других элементов организмы не повторяют состава среды своего обитания. Они избирательно поглощают элементы, необходимые для построения их тканей. В процессе жизнедеятельности организмы используют наиболее доступные атомы, способные к образованию устойчивых химических связей. Атомы углерода имеют способность создавать длинные цепи соединений с другими атомами, что приводит к построению бесчисленных полимеров и других сложных органических высокомолекулярных соединений.
Приспосабливаемость живых организмов удивляет. Так, живые бактерии обнаружены в горячих гейзерных источниках с температурой до 980С, активная и довольно разнообразная жизнь бурлит в трещинах антарктических ледников и на наибольших глубинах Мирового океана, даже в океанических водах пораженных сероводородом, также существуют специфические серные бактерии. Когда американские астронавты доставили на Землю для исследования некоторые детали своей автоматической станции «Сервейер», которая три года находилась на поверхности Луны, то в одной из трубок была найдена живая спора бактерии – она попала туда с Земли во время подготовки к запуску станции и сохранила жизнеспособность, несмотря на трехгодовое пребывание в условиях космического вакуума, резких колебаний температуры и высокого уровня радиации.
Вернадский доказал, что живые организмы играют очень важную роль в геологических процессах, которые формируют лицо Земли. Химический состав современных атмосферы и гидросферы обусловленный жизнедеятельностью организмов. Большое значение имеют организмы для формирования литосферы – большинство пород, и не только осадочных, а и таких как граниты, так или иначе связаны своим происхождением с биосферой.
Минеральное инертное вещество перерабатывается жизнью, превращается в новое качество. Живые организмы не только приспосабливаются к условиям внешней среды, но и активно их меняют. Таким образом, живое и неживое вещество на Земле составляют гармоничное целое, что, собственно, и называется биосферой. Согласно с образным высказыванием российского геолога М.Вассоевича, «биосфера – это и жильцы, и дом, и мы в нем».
Сухая масса живого вещества на Земле по сравнению с основными сферами земли очень мала, однако живое вещество отличается от неживого очень высокой активностью, в частности, очень быстрым круговоротом веществ. Все живое вещество атмосферы обновляется в среднем за восемь лет. Биомасса мирового океана восстановляется за 33 дня, его фитомасса каждый день, фитомасса суши – приблизительно за 14 лет из-за большей продолжительности жизни наземных растений. Следует учесть, что жизнедеятельность животных, растений и микроорганизмов сопровождается непрерывным обменом веществ между организмами и средой, вследствие чего все химические элементы земной коры, атмосферы и гидросферы многоразово входили в состав тех или иных организмов. Подсчитано, что вся вода планеты проходит цикл расщепления в растительных клетках и восстановления в растительных и животных организмах, то есть обновляется биосферой приблизительно за 2 млн. лет. Образно выражаясь, мы дышим воздухом, которым дышали динозавры, и пьем воду, которая входила в состав тканей юрских папоротников и кембрийских трилобитов.
Живые организмы играют огромную роль в аккумуляции солнечной энергии. Например, залежи каменного угля – это не что иное, как солнечная энергия, накопленная зелеными растениями минувших геологических эпох. Так же можно определить и природу многих минералов, в частности карбоната кальция, который образует огромные массы известняков и почти на 100% имеет биогенное происхождение. Важную роль живые организмы играют в накоплении многих металлов, таких как железо, медь, марганец. Большое значение для биосферы и хозяйственной деятельности человека имеет круговорот азота, серы, фосфора и других элементов. Установлено что любой растворимый, но не летучий элемент может совершать круговорот только через биосферу. Живые организмы накапливают некоторые элементы в своих тканях, а водные жители, кроме того, увеличивают их содержание и в своей среде жизни, то есть в воде (например, такие элементы, как молибден, кобальт, никель находятся в водной среде в значительно большем количестве нежели на суше).
По оценкам разных источников биосфера возникла 3,5 — 4,5 млрд. лет назад. Область современного обитания живых организмов охватывает в среднем 12 — 17 км — несколько меньше на суше, больше в океане; сфера случайного попадания организмов и биогенных элементов колеблется до 40 — 50 км. Считается, что нижняя граница биосферы в среднем лежит на глубине 3 км от поверхности суши и 0,5 км ниже дна океана, хотя в буровых скважинах живые микроорганизмы обнаружены на глубине 4 км, а микробиологические остатки — до 7 км. В «черных курильщиках» — выходах термальных вод на дне океана на глубинах в 3 км при давлении около 300 атм. обнаружены живые организмы при температуре 250 С. Растения поднимаются в горы до высоты ~ 5 км. Дальше царствует вечный холод, но жизнь здесь теплится — обитают некоторые паукообразные и микроорганизмы. Верхняя граница биосферы находится на уровне озонового слоя, защищающего все живое от жесткого ультрафиолетового излучения. Выше случайно залетают только споры бактерий и грибов. Масса биосферы составляет ~0,05 % массы Земли, объем — 0,4 %. Но именно эта незначительная по размерам оболочка планеты есть область зарождения, развития и сохранения на протяжении миллиардов лет жизни в одной из точек Вселенной — Земле.
Эволюция биосферы Земли
Большинство утверждений и заключений, касающихся возникновения биосферы, носит гипотетический характер. Это предположительные суждения о различных стадиях процесса эволюции, которые не противоречат современным физическим, химическим, биохимическим и другим законам, но которые невозможно полностью, а иногда и частично подтвердить экспериментально. Такие гипотезы касаются следующих ключевых моментов эволюции биосферы.
Теория Большого взрыва как гипотеза зарождения Вселенной
В 1922 г. советский математик и геофизик Александр Александрович Фридман нашел решение уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Оказалось, что решение является нестационарным, то есть Вселенная должна либо расширяться, либо сжиматься. В 1929 г. американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил разбегание галактик, что свидетельствовало о расширении Вселенной. Обращая мысленно вспять картину расширения Вселенной, ученые пришли к выводу что примерно 20 млрд лет назад Вселенная была сжатой в точку и имела сколько угодно большую плотность. В результате Большого взрыва она начала расширяться, иначе говоря существовать. Ученые смогли восстановить картину развития Вселенной с малых долей первой секунды после Большого взрыва, но никто не знает ни причин, вызвавших взрыв, ни то, что было до него. Спустя 15 млрд лет после Большого взрыва, то есть примерно 5 млрд лет назад, сформировалась планета Земля как космическое тело.
Теория А.И.Опарина как гипотеза возникновения жизни (органических веществ, предбиологических структур) на планете Земля
Теория возникновения жизни (а точнее предбиологических структур) на Земле принадлежит советскому биохимику академику Александру Ивановичу Опарину, который сформулировал ее в 1922 году. Он предположил, что из молекул водяных паров, метана, аммиака и углекислого газа, составлявших атмосферу планеты на этапе ее формирования как космического тела, в результате случайных комбинаций под действием высоких температур от искровых разрядов, пронизывающих тогда еще бурлящую и клокочущую планету, стало возможным образование более сложных соединений. С точки зрения зарождения будущей жизни особенно важным было образование аминокислот — тех кирпичиков, из которых строится основа жизни — белок. Их накопление в течение многих миллионов лет привело к образованию «питательного бульона жизни» — раствора молекул различных аминокислот. Дальнейшая судьба «бульона» складывалась уже под воздействием второго начала термодинамики. В соответствии с этим законом большие молекулы не могут быть равномерно распределены в растворе. Под действием электростатических сил они начинают объединяться в отдельные образования типа комочков геля, обрастая все новыми и новыми молекулами и образуя нечто, подобное капле. Каждая сформировавшаяся таким образом капля имеет сугубо индивидуальную структуру, состав которой случаен. Далее начинает работать своеобразный отбор: устойчивые комбинации молекул сохраняются, неустойчивые — распадаются, а из их осколков образуются другие варианты случайных конструкций. Достигнув определенных размеров, капля, не будучи прочной, рассыпалась на две-три части под действием внешних механических сил. Образовавшиеся вновь капли по структуре совпадали с первоначальной. Они как бы унаследовали от исходной капли ее индивидуальные особенности. Они вновь начинали «расти», дробились и т.д. Однако это еще не было живым веществом, это была так называемая предбиологическая структура. Прошло еще много миллионов лет, прежде чем эти капли превратились в живые клетки. По мнению ученых, уже через каких-нибудь 1,0 — 1,5 млрд лет появились многоклеточные организмы. Жизнь из плесневой и слизистой формы стала активной жизнью привычных нам существ.
2.3 Большой биологический взрыв как гипотеза перехода от неживой к живой форме организации материи
Еще Луи Пастер в XIX в. первым обратил внимание на то, что в неживой природе молекулы либо зеркально симметричны (H2O, CO2), либо одинаково часто встречаются их правые и левые стереоизомеры. Молекулы, из которых построены живые организмы, зеркально асимметричны, то есть киральны, чаще всего они подобны винтам, а во многих случаях ими и являются (например, двойная спираль молекулы ДНК). Но самое главное, эти молекулы встречаются в природе лишь в каком-то одном варианте — либо только левом, либо только правом: это так называемые кирально чистые молекулы (так, спираль молекулы ДНК всегда только правая). Именно с вопросами зеркальной симметрии-асимметрии на молекулярном уровне тесно связана проблема возникновения жизни на Земле — ведь живая материя возникла в свое время из неживой! Это возникновение обусловлено нарушением существовавшей до того зеркальной симметрии, образованием кирально чистых молекул. Современная наука пришла к выводу, что переход от мира зеркально симметричных соединений к кирально чистому состоянию живого вещества биосферы произошел не в процессе длительной эволюции, а скачком — в виде своеобразного Большого биологического взрыва. Происхождение этого состояния связано с катастрофой, то есть с достижением развивающейся средой критической точки (точки бифуркации), за которой теряется устойчивость прежнего симметричного состояния. Это акт самоорганизации материи. По некоторым оценкам процесс глобального перехода к киральной чистоте значительной части молекул мог произойти всего за 1 — 10 млн лет. Появление живого вещества ознаменовало собой переход от геохимической эволюции к биогеохимической. Для возникновения этой разницы были необходимы уникальные и неповторимые условия ранней эволюции Земли как планеты. Но как только появились первые предбиологические формы и праорганизмы, начал действовать принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница.
2.4 Учение о биосфере
Следующий этап развития биосферы Земли связан с эволюцией живого вещества и вызванного этим изменением физико-химического состава планеты. Этот процесс подробно описан В.И.Вернадским и составляет суть его концепции о биосфере. Он обосновал, что возникновение биосферы на Земле — это объективный результат развития общего космического процесса. При этом биосферу нужно рассматривать как целостную геологическую оболочку Земли, состоящую из живого и неживого. Вернадский подчеркивал, что для строения биосферы характерны физико-химическая и геометрическая разнородности. Разнородность строения является господствующим фактором, резко отличающим биосферу от всех других оболочек земного шара. Живое вещество охватывает всю биосферу, ее создает и изменяет. Живое вещество едва ли составляет одну — две сотых процента по весу, но геологически оно является самой большой силой в биосфере, определяет все идущие в ней процессы. В.И.Вернадский показал, что тонкая оболочка Земли — биосфера, состоящая из разнородных структур — живого и неживого вещества, поддерживает в состоянии динамического равновесия все протекающие в ней процессы благодаря непрерывному перетоку (круговороту) атомов из косной материи через живое вещество снова в неживую природу. Он раскрыл геологическую роль живых организмов в создании современного газового состава атмосферы, в формировании горных пород, вод мирового океана.
Эволюция Земли делится на раннюю историю и геологическую историю. Под ранней историей подразумевается катархей. Под геологической же историей понимается все остальное время, от архея до современной эпохи. Временная граница между двумя главными интервалами в истории Земли точно не установлена. Но предположительно она намечается на рубеже от 3,5 до 3,8-3,9 млрд. лет назад. Ранняя история и геологическая история — существенно различные этапы жизни нашей планеты. Если в раннюю историю Земля развивалась так же, как и остальные планеты — Луна, Меркурий, Марс и Венера, — т.е. в очень медленном темпе, то путь развития Земли в геологическое время характеризуется необыкновенно быстрой эволюцией ее внешней области и земной коры. Все же другие планеты продолжают пребывать и в настоящую эпоху как бы в догеологическом прошлом.
От всех других планет внутренней группы Земля отличается наиболее активным протеканием процессов как в недрах, так и во внешней области. Возникшая на планете природная среда качественно эволюционировала, создались благоприятные условия для зарождения жизни, ее пышного развития и, наконец, для появления человека. Жизнь стала наиболее характерной особенностью природной среды на Земле. Причин такой феноменальности Земли много, важно и их определенное сочетание, но главное — это сильная обводненность внешней сферы нашей планеты.
Почти в течение 4 млрд. лет массы дождевой и талой воды омывали земную поверхность, создавая ее древовидную расчлененность и образуя во впадинах и понижениях малые и большие бассейны, в том числе и океаны. И суть не только в сильной обводненности земной поверхности, но, что более важно, водные массы участвовали и продолжают участвовать в мощном глобальном климатическом круговороте вещества и энергии, выполняя в нем ведущую роль.
Существование океанов в течение всей геологической истории, в том числе и ранней, способствовало сохранению в водной среде стабильных температурных, химических и иных условий, необходимых для построения вначале органических добиогенных химических соединений, а затем и самих организмов.
Для жизни и дальнейшего прогрессивного развития организмов наряду с водой имела значение и атмосфера. Воздушная оболочка Земли сильно отличается от атмосфер других планет, прежде всего, своим составом. Если атмосферы Марса и Венеры соответственно на 95 и 97% состоят из углекислого газа, т.е. очень похожи на первичную атмосферу Земли, то современная воздушная оболочка нашей планеты — результат глубокого преобразования ее и абиотическими процессами (поглощением углекислого газа водами океана) и биотическими. Можно сказать, что живые организмы приспособили к себе состав атмосферного воздуха, изменив его до оптимального для них сочетания и соотношения газовых компонентов.
До начала геологической истории, когда температура земной поверхности была выше 100° С, жизнь на Земле зародиться и существовать не могла. Но когда температура стала ниже 100° С, при сильном обводнении поверхности, тем самым создалась обстановка, благоприятная для зарождения жизни. Процесс зарождения живого вещества из неживой материи чрезвычайно сложен, но необходим для создания биосферы. Органический мир получает солнечную энергию не только в процессе фотосинтеза. Любая клетка живого организма поглощают солнечную радиацию и трансформируют ее в другие виды биохимической энергии, на основе которой они и развиваются.
Эволюция химических соединений, приведшая к зарождению жизни, началась тоже с появления на Земле масс жидкой воды, т.е. с ранней геологической истории. Эта начальная фаза датируется разными исследователями неодинаково, расхождения составляют сотни миллионов лет. Точно так же по-разному оценивается продолжительность действия направленного процесса образования организмов.
Время образования предбиологических систем (коацерватов) продолжалось около 1 млрд. лет. Самые ранние остатки живых организмов возрастом 3,1 млрд. лет обнаружены в сланцах Трансвааля в Южной Африке. Это бактериоподобные образования размером 0,56 х 0,24 мкм. В более поздних отложениях (1,9 млрд. лет) в районе озера Онтарио, где залегают черные сланцы, были найдены остатки многих видов ископаемых растений: от разнообразных одноклеточных до нитчатых форм. Многие из них напоминали современные сине-зеленые водоросли. Обнаруженные в Южной Австралии ископаемые остатки, датируемые 0,9-1,0 млрд. лет назад, т.е. приблизительно конец среднего протерозоя, — относятся к весьма разнообразным организмам. Среди них отпечатки 13 видов медузообразных кишечнополостных, несколько видов организмов, близких восьмилучевым кораллам, некоторые виды червей и животных, не похожих на формы более позднего времени.
Из выше изложенного видно, что еще задолго до кембрия жизнь на Земле была весьма многообразной. Уже существовал биотический круговорот вещества и энергии. В результате активного синтеза образовалось много кислорода, за счет которого в верхней атмосфере появился озон — защитный экран от проникновения на земную поверхность волн ультрафиолетовой радиации.
Палеозойская эра — это время древней жизни. Суша в начале палеозоя представляла собой голую пустыню, лишенную как растительных, так и животных организмов. Лишь на прибрежных камнях встречались пленки водорослей и подушки растений, похожих на мох. В море же обильно развивались сине-зеленые и красные водоросли, а также представители почти всех типов животных. Среди них господствующее положение занимали первые членистоногие — трилобиты.
За три миллиарда лет комплекс простейших организмов (прокариотов) неузнаваемо изменил жизненную среду на Земле — состав ее атмосферы, гидросферы, верхних пластов литосферы. Не имея способности изменять себя, прокариоты (сине-зеленые водоросли, хемотрофные бактерии и т.п.) вынужденные были отступать, освобождая место для более сложных организмов с эффективной энергетикой. Ныне прокариоты остались преимущественно в таких биологических нишах, которые за своими характеристиками напоминают ранний докембрий, они процветают там, где никто другой существовать не может — в концентрированных рассолах некоторых озер, высокотемпературных гидротермальных источниках, бассейнах, пораженных сероводородом, даже в ядерных реакторах и т.п.
В силуре наряду с обогащением моря организмами происходит массовое заселение суши растениями. В развитии биосферы выход растений на сушу.
В девоне продолжалось распространение растений на суше; население моря в общем сохранило свои особенности от прежнего времени.
Карбон известен как период необычайного развития наземной растительности в условиях жаркого влажного климата. Такие условия способствовали произрастанию огромных древовидных плаунов, хвощей, папоротников и отложению их в прибрежных осадках.
Мезозойская эра, время «средней» жизни, характеризуется дальнейшим развитием растительного и животного мира, как на суше, так и на море.
В триасе произошло взрывное развитие пресмыкающихся и началось массовое распространение рептилий — динозавров, черепах, древних крокодилов, ихтиозавров. В конце периода появились первые млекопитающие.
Начиная с древнейших времен до современной эпохи шло непрерывное развитие биосферы — увеличение разнообразия живых форм и усложнение их организации. Жизнь, зародившись в море, захватила и сушу. В результате жизнедеятельности организмов происходило существенное преобразование и среды, что в свою очередь влияло на развитие живого вещества. Извлекая из окружения средства существования, жизнь изменяет среду своего существования, а следовательно, должна изменяться и сама. Некоторые, вещества на длительное время исключались из биотического круговорота. Это — огромные залежи известняков, каменного угля, нефти, железных, марганцевых и медных руд и другие скопления. Биотический круговорот определяется как составная часть климатического круговорота вещества и энергии планеты. Живое вещество воздействует на все другие компоненты природной среды. Здесь же мы остановимся только на влиянии организмов на воздушную среду, чтобы вкратце завершить обзор эволюции биосферы.
Зеленые растения и фотосинтезирующие бактерии путем фотосинтеза поглощали из воздушной среды углекислый газ и воду, а выделяли из нее кислород.
Таким образом, в процессе фотосинтеза атмосфера обогащается кислородом и теряет углекислый газ. Современный состав атмосферы (азот — 78%, кислород — 21%, углекислый газ — 0,031%) — результат деятельности органического мира. Кроме этого существует озоновый слой О3, и наибольшая концентрация озона приурочена к высоте 25 км над поверхностью Земли — это экран, поглощающий вредное для живых организмов солнечное излучение. Таким образом, жизнь, способствующая образованию озона, сама обеспечивает себе защиту от губительного воздействия ультрафиолетового излучения Солнца.
Являясь порождением множества действующих факторов и специфических условий, на Земле сформировалась эта богатая, насыщенная жизнью природа, которая называется биосфера или наиболее прочно вошедшая в науку — географическая оболочка.
2.5 Учение о ноосфере
Одним из уникальных этапов развития биосфеpы явилось возникновение разума и интеллекта как высшей познавательной способности живого организма. Это столь же загадочная и необъяснимая перестройка процесса развития материального мира, как и возникновение жизни. Мозг человека и мозг животного, особенно высших млекопитающих, состоит на одних и тех же нейронов. При этом мозг человека обладает способностью познавать сам себя, видеть себя со стороны, познавать окружающий мир. Благодаря появлению разума возникает общество — совокупность индивидуумов, способных к совместному труду, к планомерной деятельности, к совместной духовной жизни. Появление интеллекта радикальным образом ускорило темпы практически всех процессов, протекающих во внешней оболочке Земли — биосфере. Появление жизни на планете Земля — это реализация одной из возможных форм самоорганизации материи. Это естественный процесс космического масштаба. Необходимо понимать, что человек как биологический вид, обладающий разумом и развивающийся в рамках определенных норм морали, есть явление уникальное, неповторимое. В привычном нам «виде» он больше нигде и никогда не возникнет. Это с одной стороны. С другой стороны, он всего-навсего одна из бесчисленного множества возможных реализаций самооpганизации материи во Вселенной — естественного космического объективного процесса и никаких особых привилегий нарушать или развиваться вопреки объективным законам и процессам не имеет. Он просто будет навсегда уничтожен «породившей» его Вселенной, в которой будут реализовываться все новые и новые формы самоорганизации материи, но вид Homo Sapiens уже никогда не повторится. Поэтому, мысля космическими категориями, у человека нет другого выхода и выбора, как действовать в согласии с планетарными объективными законами эволюции. Об этом уже в первые годы ХХ столетия начал говорить В.И. Вернадский. Он отмечал, что воздействие человека на окружающую природу растет столь быстро, что скоро он превратится в решающую геологообразующую силу. И, как следствие, он должен будет принять на себя ответственность за будущее развитие природы. Развитие окружающей среды и общества сделаются неразрывными. Биосфера перейдет однажды в сферу разума — в ноосферу. Произойдет объединение, в результате которого развитие планеты сделается направленным — направляемым силой разума. С термином ноосфера до сих пор не все просто, поскольку однозначное его толкование отсутствует. Среди специалистов-естественников широко распространена наиболее простая его трактовка — сфера разума, так принято называть часть биосферы, которая оказывается под влиянием человека и преобразуется им. Переход биосферы в ноосферу означает при таком понимании всего лишь постепенное освоение человеком биосфеpы. Однако В.И.Вернадский, создавая свое учение о ноосфере, закладывал в него гораздо более глубокий, философский смысл. Он считал, что согласованное с природой развитие общества, ответственность за природу и ее будущее потребуют специальной организации общества, создания специальных структур, которые будут способны обеспечить это совместное согласованное развитие. Исходя из такого взгляда, ноосфера — это такое состояние бисферы, когда ее развитие происходит целенаправленно, когда Разум имеет возможность направлять развитие биосферы в интересах эволюции человека. Выполнение принципа совместного развития, обеспечения коэволюции (совместного развития) биосфеpы и общества потребуют от человечества регламентации своих действий, определенных ограничений.
Учение В.И.Вернадского — это философское и естественнонаучное обобщение законов развития нашей планеты с позиций единого космического процесса и исключительной роли, которую выполнило и выполняет на ней живое вещество. Многие экспериментальные и фактические данные, подтверждающие правильность его идей, появляются только сейчас. На основе учения Вернадского в настоящее время биосферу определяют как активную оболочку Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Такое определение биосферы отражает важный тезис: наша планета Земля такая, какая она есть сегодня, только потому, что на ней существует жизнь!
Заключение
Биосфера – важнейшая система, значимость которой невозможно переоценить, т.к. именно биосфера является той средой, в которой человечество может существовать. Современная структура биосферы — продукт длительной эволюции многих систем разной сложности, последовательно стремящихся к состоянию динамического равновесия.
Развитие биосферы предстает как чередование этапов эволюции, прерываемых скачкообразными переходами в качественно новые состояния. В целом при этом образовывались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества. Перечень различных вех в истории развития биосферы: появление простейших клеток-прокариотов (лишены оформленного ядра – вирусы, бактерии, сине-зеленые водоросли); появление клеток-эукариотов (содержит оформленное ядро, отделенное оболочкой от цитоплазмы); объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов, функциональная дифференциация клеток в них; появление организмов с твердыми скелетами, открывшее путь к образованию высших животных; возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга как центра сбора, переработки, хранения информации и управления на ее основе функционированием и поведением организмов; формирование разума как высшей формы деятельности мозга.
Вершиной направленного развития биосферы стало появление в ней человека, открывшего эру становления на Земле разума. В истории Земли был период чисто геологической эволюции, его сменил период геолого-биологической эволюции, а с появлением человека открылся период психогенеза – духовной эволюции. Рождение разума знаменует собой ни с чем не сравнимый качественный переход к новой стадии развития мира.
Эволюционный процесс в биосфере носит многоуровневый характер. В разное время эволюция протекала и продолжает протекать в наши дни на молекулярном, клеточном, тканевом уровнях, на уровне органов, организмов, популяций и видов, биоценозов. Различаясь на каждом из этих уровней, процессы эволюции сливаются в единый процесс развития биосферы.
Список использованной литературы
- Алексеенко В.А. Жизнедеятельность и биосфера / В.А.Алексеенко. — М.: Логос, 2005.
- Карпенков С.Х. Концепция современного естествознания: Учебник для вузов / С.Х.Карпенков. – М.: ЮНИТИ, 2000.
- Коробкин В.И. Экология / В.И.Коробкин, Л.В.Передельский. – Ростов на Дону: Феникс, 2000.
- Концепции современного естествознания. Учебное пособие / Под общей ред. проф. В.Ф.Тулинова – М: Изд. МУПК, 1996.
- Розанов С.И. Общая экология: Учебник / С.И.Розанов. – СПб.: изд-во «Лань», 2003.
- Хорошавина С.Г. Концепция современного естествознания. Курс лекций / С.Г.Хорошавина. — Ростов н/Д: Феникс, 2000.