лекция 15_учение о биосфере

ЛЕКЦИЯ 18 УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
1. Понятие о биосфере
2. Живое вещество в биосфере
2.1. Свойства живого вещества
2.2. Функции живого вещества
1 Понятие о биосфере
В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу под
названием «Биосфера», которая ознаменовала рождениеe новой науки о
природе, о взаимосвязи с ней человека, в этой работе биосфера впервые
показана как единая динамическая система, населенная и управляемая
жизнью, живым веществом планеты..
Биосферой В. И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в
которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.
Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку
жизни, населенную организмами, составляющими в совокупности живое
вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли – область
системного взаимодействия живого и косного вещества на планете. Совокупная деятельность живых организмов в биосфере проявляется как
геохимический фактор планетарного масштаба.
Современная жизнь распространена в верхней части земной коры
(литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосферы) и
в водной оболочке Земли (гидросфере).
В глубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь ограничивает прежде всего температура горных
пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на
уровне 1,5-15 км уже превышает 100°C. В нефтяных месторождениях на
глубине 2-2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве. В
океане жизнь распространена на всех глубинах и встречается даже на
дне океанических впадин в 10-11 км от поверхности, так как температура там около 0°C. Однако, по В. И. Вернадскому, нижнюю границу биосферы следует проводить еще глубже. Постепенно накапливающиеся в
океане гигантские толщи осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых существ, – это тоже части биосферы. В соответствии с динамическими процессами в земной коре осадочные породы постепенно вовлекаются в глубь ее, метаморфизируясь под действием высоких температуры и давления. Метаморфические породы земной
коры, происходящие из осадочных, в конечном счете также производные
жизни.
Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием с
высотой ультрафиолетовой радиации. На высоте 25–27 км большую
часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся
здесь тонкий слой озона – озоновый экран. Все живое, поднимающееся
выше защитного слоя озона, погибает. Атмосфера же над поверхностью
Земли насыщена многообразными живыми организмами, передвигающимися в воздухе активным или пассивным способом. Споры бактерий и
грибов обнаруживают до высоты 20–22 км, но основная часть аэро-
планктона сосредоточена в слое до 1–1,5 км. В горах граница распространения наземной жизни около 6 км над уровнем моря.
В планетарной биосфере выделяют континентальную и океаническую биосферы, которые отличаются геологическими, географическими,
экологическими, биологическими, физическими и другими условиями.
Различают 3 основные формы биосферы:
1. Формы биологической систематики – популяции, виды, роды, семейства и т.д., принятые в ботанике и зоологии.
2. Биогеографические формы – территории, характеризующие географическое распространение и распределение растений и животных,
специфику флоры и фауны. Это биогеографические зоны, области и т.д.
Отдельно выделяются ботанико-географические и зоогеографические
территории, дающие представление о составе и характере флоры и фауны.
3. Экологические формы – экосистемы (биогеоценозы), экотопы,
биотопы и др.
Вещественный состав биосферы также разнообразен. По Вернадскому выделяют семь частей:
- живое вещество;
- биогенное вещество – рождаемое и перерабатываемое живыми
организмами (горючие ископаемые, известняки и т.д.);
- косное вещество – образуемое без участия живых организмов
(твердое, жидкое и газообразное);
- биокосное вещество - косное вещество, преобразованное живыми
организмами (вода, почва, кора выветривания, илы);
- радиоактивное вещество (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);
- рассеянные атомы земного происхождения и космических излучений;
- вещество космического происхождения – метеоритs, космическая
пыль и др.
2 Живое вещество в биосфере
Живое вещество биосферы – это совокупность вcex ее живых организмов. Главное предназначение живого вещества и его неотъемлемый
атрибут - накопление свободной энергии в биосфере. Обычная биогеохимическая энергия живого вещества производится прежде всего путем
размножения.
2.1 Свойства живого вещества
1. Огромная свободная энергия. В процессе эволюции видов биогенная миграция атомов, т.е. энергия живого вещества биосферы, увеличилась во много раз и продолжает расти, ибо живое вещество перерабатывает энергию солнечных излучений, атомную энергию радиоактивного распада и космическую энергию рассеянных элементов, приходящих из нашей Галактики.
2
2. Высокая скорость протекания химических реакций по сравнению
с веществом неживым, где похожие процессы идут в тысячи и миллионы
раз медленнее. Например, некоторые гусеницы в сутки могут переработать пищи в 200 раз больше, чем весят сами, а одна синица за день съедает столько гусениц, сколько весит сама.
3. Слагающие его химические соединения, устойчивы только в живых организмах. После завершения процесса жизнедеятельности исходные живые органические вещества разлагаются до химических составных частей.
4. Существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему вновь образовавшееся генетически связано с живым веществом прошлых эпох.
5. Наличие эволюционного процесса. Генетическая информация
любого организма зашифрована в каждой его клетке. При этом клеткам
изначально предначертано быть самими собой, за исключением яйцеклетки, из которой развивается целый организм.
2.2 Функции живого вещества
Живое вещество неотделимо от биосферы, является ее функцией и
одновременно одной из самых могущественных геохимических сил
нашей планеты. Круговорот отдельных веществ В.И.Вернадский назвал
биогеохимическими циклами. Эти циклы обеспечивают важнейшие
функции живого вещества в целом. Ученый выделил пять таких функций.
1. Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями, выделяющими кислород в процессе фотосинтеза, а также всеми растениями
и животными, выделяющими углекислый газ в результате дыхания. Основные газовые фунции, по В.И.Вернадскому, следующие:
А) Кислородно-углекислотная, носителем которой являются хлорофилльные растения.
Б) Углекислотная (отдельная от кислородной). В результате жизнедеятельности животных, грибов и бактерий создается биогенная углекислота.
В) Озонная и перекисьводородная. Озон, образуясь из биогенного
кислорода, защищает биосферу от губительного ультрафиолетового излучения.
Г) Азотная. Свободный азот атмосферы создается живым веществом почвы.
Д) Углеводородная. Биогенные газы - углеводороды – сознаются
живым веществом.
Е) Водная, проявляющаяся в биогенном круговороте воды. Наиболее ярко она выражена в лесах суши, сведение которых ведет к изменению и перестройке всего биогеохимического круговорота воды в биосфере.
Ж) Сероводородная и сульфидная.
2. Концентрационная функция. Проявляется в способности живых организмов накапливать в своих телах многие химические элементы
(на первом месте стоит углерод, среди металлов – кальций). Способность
концентрировать элементы из разбавленных растворов – характерная
3
особенность живого вещества. Например, морские организмы активно
накапливают микроэлементы, тяжелые металлы (ртуть, свинец, мышьяк),
радиоактивные элементы.
Различают:
1) концентрационные функции I рода, когда живым веществом из
окружающей среды концентрируются те химические элементы, которые
содержатся во всех без исключениях организмах (Н, С, N, О, Na, Mg, Al,
Si, P, S, CI, K, Ca, Fe);
2) концентрационные функции II рода, когда наблюдается накопление химических элементов, которые в живых организмах не встречаются или могут встречаться в очень малых количествах. Например, голотурии способны накапливать ванадий. Дождевые черви могут накапливать цинк, медь, свинец и кадмий в своих тканях. Водоросли рода ламинария накапливают в себе йод.
3. Окислительно-восстановительная функция. Выражается в
химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В результате этого образуются соли, оксиды, новые вещества. С
данной функцией связано формирование железных и марганцевых руд,
известняков и т.п.
4. Биохимическая функция. Определяется как размножение,
рост и перемещение в пространстве живого вещества. Это приводит к
круговороту химических элементов в природе, их биогенной миграции.
5. Функция биогеохимической деятельности человека. Связана с биогенной миграцией атомов, многократно усиливающейся под
влиянием хозяйственной деятельности человека и его разума. Человек в
ходе хозяйственной деятельности разрабатывает и использует для своих
нужд большое количество веществ земной коры, в том числе таких, как
уголь, газ, нефть, торф, сланцы, многие руды. Одновременно Происходит антропогенное поступление в биосферу чужеродных веществ в количествах, превышающих допустимое .значение.
В.И. Вернадский разделял живое вещество на однородное и неоднородное. Первое - это родовое, видовое вещество и т.п., а второе представлено закономерными смесями живых веществ, Это лес, болото,
степь, т.е. биоценоз. Характеризовать живое вещество В.И. Вернадский
предлагал на основе таких количественных показателей, как химический
состав, средний вес организмов и средняя скорость заселения ими поверхности земного шара.
4