Биосфера и ноосфера

Освоение людьми космоса повысило верхнюю границу этой оболочки и поставило новые задачи по ее исследованию.

Наличие на нашей планете водной оболочки – гидросферы – и воздушной – атмосферы действительно является одним из ее самых заметных отличий от других планет Солнечной системы. Но главное отличие все же состоит в том, что на Земле существует живое существо – растительный и животный мир. В связи с этим еще в 19 веке французский биолог Ж. Б. Ламарк и австрийский геолог Э. Зюсс ввели понятие биосферы. Это искусственно созданное из греческих корней слово буквально означает “шар, наполненный жизнью, область жизни”. 2. Биосфера Биосферой называется та часть литосферы, гидросферы и атмосферы Земли, в которой существует живое существо. В ее состав входят не только растительный покров, животный мир и человечество, обитающие на планете, но и все реки, озера, водная масса океанов, почвенный слой, верхний слой земной коры, значительная часть тропосферы. На поверхности Земли практически нет участков, на которых отсутствует жизнь. Даже в жарких и безводных тропических пустынях, на поверхности высокогорных ледников и полярных льдов обнаружены микроорганизмы. В современном содержании понятие биосферы было всесторонне рассмотрено выдающимся русским ученым В. И. Вернадским. Он доказал, что вся совокупность живых организмов, обитавших и обитающих на Земле, играет огромную роль в ее геологической эволюции, во всех современных физических и химических процессах, которые протекают на земной поверхности и в водной толще океанов. Все живое вещество Земли сосредоточено в очень узкой части пространства, прилегающего к земной поверхности и измеряемого по вертикали всего лишь несколькими километрами. Это меньше толщины литосферы и тропосферы, взятых вместе. Что касается массы живого вещества, то доля всей совокупности живых организмов в общей массе Земли просто ничтожна и по отношению к массе биосферы составляет всего 0.25%. Высказанные В. И. Вернадским взгляды о ведущей роли живого вещества в образовании современного химического состава атмосферы, гидросферы и части литосферы подтверждаются всем ходом развития науки. Эта роль обусловлена высокой геохимической активностью живых организмов: они способны усваивать солнечную энергию и, используя ее в процессе фотосинтеза, создавать из простых веществ соединения значительно более высокой сложности.

Деятельность живых организмов на земной поверхности связана с цепочками разнообразных физико-химических превращений веществ – синтезом, трансформацией, распадом, непрерывно происходящими в биосфере. В результате этих превращений под прямым и косвенным влиянием живых организмов возникали в геологическом прошлом и возникают в настоящее время разнообразные земные образования, которые В. И. Вернадский предложил называть биокосными природными телами. Их объемы и значение для развития жизни на Земле позволяют сопоставить биосферу с другими геосферами даже количественно. Жизнь на нашей планете воплощается во множестве форм и на разных уровнях, но принципиально важно то, что она едина. Все формы и проявления жизни не существуют сами по себе, а связаны сложными взаимоотношениями в единый комплекс жизни. Эти взаимоотношения и связи удивительны.

Именно они осуществляют биогенный круговорот веществ, то есть саму жизнь, и не дают ей прерваться.

Взаимосвязи в биосфере очень стойки, но достаточно разорвать хотя бы одно звено или одну связь, и может погибнуть вся цепь взаимоотношений живой материи.

Каждая из оболочек Земли, в которой существует биосфера, являет собой особую, неповторимую среду жизни. Эта специфика определяет своеобразие жизненных форм, развивающихся в них. Так, вода представляет собой сплошную среду, в которой возможно существование плавающих организмов.

Поэтому жизнь пронизывает толщу воды – от ее поверхности до самого дна.

Характер движения обусловливает форму тел, например обтекаемую, как у рыб, или расплывчатую, как у медуз.

Относительно небольшое количество кислорода, растворенного в воде, сформировало сложную систему газообмена.

Неоднородность химического состава морской воды (не просто воды, а раствора со множеством компонентов!) выработало у организмов особые приспособления для поддержания стабильности внутренней среды, например ионного состава.

Атмосфера также является сплошной средой, но она менее плотная, чем вода.

Вследствие этого обитатели атмосферы не могут существовать в отрыве от поверхности Земли долгое время: нет животных, которые парили бы в воздухе постоянно.

Наконец, поверхностный слой Земли представляет собой сложное структурное образование. Для существования в нем нужны развитые органы локации в темноте, способность рыть землю, обходиться малым количеством воздуха и многое другое. Все это можно рассматривать как условия существования жизни. Но это и результат ее существования: наличие живых существ определяет современный химический состав и физические свойства воздуха, воды, почвы. Таким образом, биосфера, с одной стороны, и среда жизни, с другой, - результат жизнедеятельности организмов.

Специфика биосферы состоит в том, что в ней все время поддерживается связанный с деятельностью живых существ круговорот веществ и четко направленные потоки энергии. Это то, чего пока не найдено ни на каких других планетах. В течение миллиардов лет живое существо на Земле использовало и в ходе образования биокосных тел трансформировало солнечную энергию. Ее значительная часть законсервировала в угле, нефти и других полезных ископаемых органического происхождения. Ее другая часть была использована для формирования различных горных пород биокосного происхождения (от осадочных известняков до метаморфических гранитов), накопленных солей, растворенных в воде океанов, кислорода, входящего в состав земной коры. Все эти природные тела и их компоненты, по выражению В. И. Вернадского, представляют собой прямые и косвенные среды существования “былых биосфер”. Земные недра “былых биосфер” свидетельствуют о прошлом Земли, о существовавшей на ней жизни. Здесь находят остатки организмов, живших тысячи и миллионы лет назад. Эти остатки, попав в реку или море, покрывались илом, песком, глиной, пропитывались солями и окаменевали.

Иногда встречаются остатки растений и животных, живших сравнительно недавно и поэтому не окаменелых.

Например, в вечной мерзлоте найдено несколько трупов мамонтов, живших тысячи лет назад, но полностью сохранившихся.

Гораздо чаще встречаются только скелеты древних животных, их отдельные кости, зубы, раковины. Что касается древних растений, то в земных недрах находят стволы деревьев, отпечатки листьев на камнях. По отложениям горных пород восстанавливают контуры древних морей, озер, рек, болот, пустынь.

Непрерывность развития организмов на Земле составляет один из основных законов биологии, открытой Ж. Ламарком и Ч. Дарвином.

Установлено, что чем древнее растения и животные, населявшие Землю, тем они были проще устроены.

Наоборот, чем ближе к нашему времени, тем организмы становились более сложными и более похожими на современные. В настоящее время история Земли и жизни на ней делится на пять эр.

Каждая эра состоит из нескольких периодов, а периоды складываются из эпох и веков. Наша эра называется кайнозойской, то есть эрой новой жизни. Ей предшествовали эры средней и древней жизни (соответственно, мезозойская и палеозойская). Самыми древними эрами являются протерозойская и архейская. От начала архейской эры нас отделяет более 3 млрд. лет. В слоях осадочных пород этой эры остатков организмов не обнаружено. В слоях же следующей, протерозойской эры, которая началась 2.5 млрд. лет назад, обнаружены остатки водорослей и морских беспозвоночных животных. Судя по этим остаткам, в то время в теплых водах лагун обитало множество разнообразных одноклеточных организмов. Они использовали и растительные, и животные способы питания.

Другими словами, на свету они были способны к фотосинтезу, в темноте – к питанию органическими веществами.

Многоклеточные организмы, очевидно, произошли из колоний одноклеточных животных, в которых отдельные клетки могли специализироваться на выполнении различных функций – питания, движения, размножения, защиты, выделения и т.д., - становясь как бы органами целого.

Первыми наиболее просто устроенными многоклеточными организмами были губки, затем – кишечнополостные; от них в последствии произошли черви.

Некоторые из них перешли от плавания в воде к ползанию по дну. Это привело к тому, что их тела сплющились, появились различия между спинной и брюшной сторонами, начал обосабливаться головной отдел, образовались органы дыхания (жабры), сформировались органы движения, выделительная и кровеносная системы.

Интересно, что соленость крови большинства животных и людей близка к солености морской воды.

Палеозойская эра началась 570 млн. лет назад. В земной коре сохранилось достаточно много остатков и следов существ, живших в то время. Они свидетельствуют о том, что в середине эры произошло освоение растениями и животными суши. В то время в пресных водоемах уже обитали зеленые и сине-зеленые водоросли, бактерии, низшие грибы, одноклеточные корненожки, жгутиковые, ресничные инфузории, а также беспозвоночные, кишечнополостные и черви. В периоды мелководий и засух водные растения, у которых начинали развиваться прообразы корней, выживали и постепенно расселялись в прибрежной полосе суши.

Вместе с растениями на сушу начали переселяться сначала беспозвоночные, а потом и позвоночные. По-видимому, первыми из воды выбрались кольчатые черви, моллюски, а также предки наземных членистоногих.

Палеозойская эра состояла из шести периодов: кембрийского, ордовикского, силурийского, девонского, каменноугольного (или карбона) и пермского. В частности, каменноугольный период начался 350 млн. лет назад. В нем произошло наступление моря на сушу, горы сгладились.

Большая часть Европейской равнины оказалась затопленной морем, образовались огромные заболоченные низины. В них стала развиваться наземная растительность.

Древовидные папоротники, плауны и хвощи высотой до 50 м и диаметром до 3 м образовывали густые леса.

Климат был теплый и влажный. У земноводных начали образовываться конечности, пригодные для хождения.

Некоторые из них были похожи на змей, другие – на ящериц и крокодилов.

Последние достигали в длину 4 м. Во второй половине карбона климат стал более прохладным и сухим.

Огромные массивы лесов были потеснены песчаными и каменистыми пустынями. Это особенно характерно для последнего периода палеозойской эры – пермского. К его началу вымерли ракоскорпионы, трилобиты, многие кораллы, древние морские лилии и ежи, гораздо меньше стало амфибий. В морях развилось больше костных рыб. На суше появились леса из голосеменных, в том числе хвойные. Эти изменения жизненной среды повлияли на развитие животных, в первую очередь позвоночных.

Некоторые земноводные перестали откладывать яйца в воду, а начали зарывать их в песок или кучи гниющих растений.

Появились первые пресмыкающиеся. Они не имели постоянной температуры тела, и с заходом солнца их жизненная активность падала.

Скелеты, мускулатура, кровеносная и нервная системы пресмыкающихся был по сравнению с земноводными намного совершеннее.

Вследствие своей большой активности они в короткий промежуток времени заселили огромные пространства и стали на планете господствующими.

Мезозойская эра началась 230 млн. лет назад и продолжалась около 160 млн. лет. Она делится на три периода: триасовый, юрский и меловой. В начале мезозоя суша занимала громадные площади, но к его середине достаточно большая ее часть превратилась в море. В конце эры произошло мощное горообразование, и размеры материков увеличились. В морях широко распространялись моллюски, на суше – пресмыкающиеся.

Последние приспособились к жизни не только в море, но и на суше. В мезозое появились все высшие представители растительного и животного мира: цветковые растения, двукрылые и перепончатокрылые насекомые, костистые рыбы, птицы и млекопитающие, а также многочисленные двуногие архозавры.

Хождение на двух ногах было удобно для жизни среди высоких растений: поднятое тело позволяло лучше и дальше видеть. В юрский и меловой периоды большие участки материков погрузились в море, климат стал мягким, ровным и теплым. В юрском периоде появились новые отряды пресмыкающихся, в том числе крокодилы и ящерицы.

Некоторые из них были огромными: бронтозавры, диплодоки и брахиозавры достигали в длину 35 м, в высоту 9 м, а их масса достигала 60 т. Они были четвероногими, могли поднимать высоко шею, жили на побережьях морей и больших озер, питались мягкой растительной пищей.

Появившиеся в то время динозавры ходили на двух ногах, причем передние конечности у них были укорочены. Их масса достигала 5-7 т, а высота – 6-8 м. Это были хищники. В юрском периоде появились первые млекопитающие.

Очевидно, их возникновение связано с переходом от откладывания яиц, которые согревало в основном солнечное тепло, к развитию зародышей в утробе матери и их рождению непосредственно из нее. В конце юрского периода появились первые цветковые растения. В середине мелового периода новая растительность практически полостью вытеснила прежнюю.

Благодаря появлению цветковых растений стали быстро развиваться такие высшие классы животных, как насекомые, птицы, млекопитающие.

Последние, в свою очередь, сыграли большую роль в развитии цветковых растений: они способствовали перекрестному опылению цветов, а также распространению плодов и семян. В морях мезозоя жили ихтиозавры – рыбоящеры, похожие на дельфинов и достигавшие восьмиметровой длины. Они обладали спинными плавниками, ластами и рыбьими хвостами.

Ихтиозавры превосходно плавали, но не могли выбираться на сушу и были живородящими. В воздухе носились летающие ящеры – птерозавры. Конец мезозоя сопровождался тем, что вымерли все группы динозавров и многие отряды пресмыкающихся.

Причину их массовой гибели еще предстоит узнать.

Кайнозойская эра началась около 70 млн. лет назад. В ней различают четыре периода: палеогеновый, неогеновый, третичный, четвертичный. Из мира ящеров в эру новой жизни перешли ящеры, змеи, крокодилы, черепахи. Уже в начале эры появились все основные группы современных млекопитающих, в том числе и обезьяны.

Важную роль в эволюции млекопитающих сыграло развитие цветковых растений.

Например, оно привело к появлению обезьян: их основной пищей являются плоды, ягоды и семена.

Четвертичный период , или антропоген, начавшийся около миллиона лет назад, характерен тем, что именно в это время сформировались современные флора и фауна. В начале антропогена началось похолодание, но в высоких широтах Северного полушария было еще относительно тепло.

Поэтому растительный и животный мир теперешних умеренных и холодных поясов значительно отличался от современного.

Например, в Евразии были широко распространены гигантские слоны, носороги, однопалые лошади, верблюды, антилопы, грызуны, похожие на гигантских бобров.

Дальнейшее похолодание во второй половине антропогена привело к оледенению больших пространств Европы, Азии, северной Америки.

Многие млекопитающие не смогли приспособиться в новым условиям и вымерли.

Остались мамонты, волосатые носороги, северные олени, овцебыки, волки, песцы, грызуны и другие немногочисленные животные. От одного из видов обезьян, ходивших на двух ногах с вертикальным положением туловища, в конце антропогена произошли наши предки – питекантропы, или обезьянолюди. Позже от них произошли первобытные люди (неандертальцы), а примерно 100 тыс. лет назад появились люди современного вида. С течением времени различие между умеренной и арктической зонами приблизилось к современному.

Считается, что преобладающее большинство ныне существующих диких видов растений и животных было на Земле уже около 20 тыс. лет назад. В настоящее время растения образуют почти сплошной растительный покров на поверхности Земли и являются одной из важнейших частей ее биосферы.

Только зеленые растения способны, поглощая лучистую энергию Солнца, создавать из углекислоты, воды и минеральных солей органические вещества.

Растения создают органическую массу как на суше, так и в воде.

Именно растения служат местом обитания животных и пищей для них.

Зародившись в океане, растения вышли на сушу и в процессе эволюции, в ходе естественного отбора за миллионы леи достигли удивительного разнообразия. 3. Ноосфера Потенциал растительных и живых организмов огромен. Но он может быть использован в полном объеме лишь при глубоком знании всех процессов регуляции в живой клетке и организме, при детальном изучении влияния на организмы внешних факторов. В 20 веке впервые в истории Земли человек узнал и охватил всю биосферу, закончил географическую карту планеты Земля, расселился по всей ее поверхности.

Исторический процесс меняется на наших глазах коренным образом.

Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним встал вопрос об эффективном использовании биосферы в интересах человечества. Это новое состояние биосферы В. И. Вернадский назвал ноосферой.

Ноосфера, по Вернадскому, это такой этап развития биосферы, при котором “проявляется как мощная, все растущая геологическая сила роль человеческого разума (сознание) и направленного им человеческого труда”. Подобно тому как в зрелом и здоровом человеческом организме все функции, касающиеся взаимоотношения организма с внешней средой, координируются головным мозгом, так и функционирование современного глобального сверхорганизма – ноосферы – должно управляться ее совокупным разумом.

Ноосферная концепция Вернадского пробивала себе дорогу с большим трудом. Его программная статья “Несколько слов о ноосфере”, предназначенная для отечественной газеты “Правда”, появилась лишь в узкоспециализированном журнале “Успехи современной биологии” за несколько месяцев до смерти автора. Менее чем через год после этого она была опубликована на английском языке в журнале American Scientist в переводе сына Вернадского – Георгия – под редакцией Дж. Э. Хатчинсона.

Публикация сопровождалась сообщением о смерти великого ученого. В нашей стране о ноосфере вспомнили лишь в 1980 году, когда вышла в свет книга В. И. Вернадского “Научная мысль как планетное явление”. Она не была опубликована при жизни автора, но именно в ней концепция ноосферы изложена наиболее обстоятельно. “Ноосфера, - писал В. И. Вернадский, - это царство человеческого разума. Это – новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся… Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Лик планеты – биосфера – химически резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно… Человек должен теперь принимать все большие и большие меры к тому, чтобы сохранить для будущих поколений никому не принадлежащие морские богатства. Сверх того, человеком создаются новые виды и расы животных и растений. В будущем нам рисуются как возможные сказочные мечтания: человек стремится выйти за пределы своей планеты… в космическое пространство… И вероятно, выйдет.

Ноосфера – последнее из многих состояний из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории – состояние наших дней”. 4. Заключение Биосфера - не статическая структура “оболочки жизни”, выступающая как извечная данность окружающего нас мира, а, прежде всего геобиоисторический процесс.

Положение человека в биосфере двоякое: с одной стороны, человек как биологический вид является составной частью биосферы и, как все организмы, включен в трофические цепи; с другой стороны, человек, в отличие от других живых существ, имеет не только биологические, но и небиологические потребности (он создает и использует технику, строит здания, прокладывает дороги, печатает книги и т.п.). с точки зрения взаимодействия с биосферой в качестве одного из биологических видов человек является гетеротрофом. Это означает, что он в своем организме не может создавать органические вещества, а должен получать их извне. Кроме того, человек дышит кислородом, пьет воду и, следовательно, связан с природой по всем своим биологическим каналам. С точки зрения того, что человек имеет еще и небиологические потребности, он вынужден брать из окружающей среды ресурсы (руды, нефть, древесину и т.д.), которые другие живые существа не потребляют. При этом человек возвращает в природу массу отходов: пластики, металлы, стройматериалов и т.п. Так как последние природе несвойственный, то есть не имеют в ней своих редуцентов, то возникают и накапливаются загрязнения. Для своей хозяйственной деятельности человек использует все больше и больше пространства.

оценка стоимости строительства в Липецке
независимая экспертиза залива в Белгороде
сайт оценки авто в Москве