автор учения о биосфере является
Биосфера
Запомните, что наибольшая концентрация живого вещества сосредоточена на границе сред (к примеру, на границе литосферы и атмосферы).
Границы биосферы
Выше «озонового экрана» существование жизни в привычном для нас виде невозможно, так как губительное УФ (ультрафиолетовое) излучение уничтожает все живое. Возникновению жизни в недрах Земли препятствует высокая температура, оказывающая разрушительное воздействие.
Вещество биосферы
Формируется без участия живых организмов. Базальт, гранит, песок, золотоносные руды. К косному веществу можно отнести горные породы магматического происхождения, образовавшиеся в результате извержения вулканов.
Это вещество образуется живыми организмами в процессе их жизнедеятельности. Примерами биогенного вещества могут послужить залежи известняка, природный газ, кислород, нефть, каменный уголь, торф.
Биокосное вещество создается одновременно деятельностью живых организмов и косными процессами. Таким образом, биокосное вещество объединяет в себе живое и косное вещества.
Функции живого вещества
Деятельность живых организмов обеспечивает постоянный газовый состав атмосферы. В ходе дыхания животные поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а растения в ходе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Бактерии хемотрофы также выделяют в атмосферу некоторые газы, полученные окислением сероводорода, азота.
Я никогда не перестану восхищаться этой функцией живого вещества. Вы только вдумайтесь: на одной и той же почве, рядом друг с другом, растут совершенно разные растения по форме, размеру и окраске плодов, цветков! Каждый раз задумываешься: как это возможно?
Живые организмы способны окислять и восстанавливать различные химические вещества. На реакциях окисления и восстановления основан метаболизм (обмен веществ) любого живого существа, подобные реакции протекают постоянно в ходе фотосинтеза, энергетического обмена.
Теория биогенной миграции атомов Вернадского В.И.
При непосредственном участии живого вещества в биосфере непрерывно осуществляется биогенная миграция атомов. Даже сейчас, с каждым вашим вдохом, атомы кислорода соединяются с гемоглобином эритроцитов, доставляются по крови к клеткам тканей организма и становятся частью ваших клеток.
Откуда взялся кислород, которым мы дышим? Его в процессе фотосинтеза выделили растения. Для процесса фотосинтеза необходим углекислый газ, который в процессе дыхания выделяют животные, углекислый газ, который образуется при разложении останков растений и животных. Получается круговорот атомов.
Я искренне восхищаюсь этой теорией, она показывает непрерывность жизни, бесконечность нашего существования и единство всего живого.
Ноосфера
К сожалению, нынешняя ситуация напоминает старую поговорку: «Пока не потеряешь, не осознаешь ценность». Неужели растения должны исчезнуть с лица Земли, чтобы мы вспомнили о том, что благодаря фотосинтезу в их листьях мы дышим кислородом? В этом случае чувство нашего ложного величия может сильно пострадать.
Круговорот веществ
Подобно этому, долгое время нефть и уголь были почти полностью исключены из круговорота веществ, однако в настоящее время человек «вернул их в строй» вместе с выхлопными газами.
Азот находится в воздухе, которым мы дышим, и составляет 78% от его объема. Большая часть азота поступает в почву и воду благодаря деятельности микроорганизмов, бактерий и водорослей.
Широко известны клубеньковые бактерии на корнях бобовых растений, находящиеся с ними в симбиозе. Клубеньковые бактерии переводят атмосферный азот в нитраты, которые необходимы для роста и развития растения и могут быть усвоены им, в отличие от атмосферного азота (газа).
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Учение Вернадского о биосфере
Большие достижения в естественных науках совершил В.И. Вернадский. У него есть множество работ, и он стал основателем биогеохимии – нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.
Сущность биосферы
На сегодняшний день существует несколько понятий биосферы, основным среди которых считается следующее: биосфера – это среда существования всех живых организмов. Область охватывает большую часть атмосферы и заканчивается в начале озонового слоя. Также в биосферу входит вся гидросфера и некоторая часть литосферы. В переводе с греческого слово означает «шар» и именно в пределах этого пространства обитают все живые организмы.
Ученый Вернадский считал, что биосфера – это организованная сфера планеты, которая находится в контакте с жизнью. Он первый создал целостное учение и раскрыл понятие «биосферы». Работа российского ученого началась в 1919 году, а уже в 1926 гений презентовал миру свою книгу «Биосфера».
Согласно Вернадскому биосфера – это пространство, область, место, которое состоит из живых организмов и среды их обитания. Кроме того, ученый считал биосферу производным. Он утверждал, что она является планетарным явлением, имеющим космический характер. Особенностью данного пространства является «живое вещество», которое населяет пространство, а также придает уникальный облик нашей планете. Под живым веществом ученый понимал все живые организмы планеты Земля. Вернадский считал, что на границы и развитие биосферы влияют различные факторы:
Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества и чрезмерно соленая вода.
Состав биосферы по Вернадскому
Изначально Вернадский считал, что биосфера состоит из семи разных веществ, связанных между собой геологически. К ним относятся:
Чуть позже ученый пришел к выводу, что в основе биосферы лежит живое вещество, под которым понимается совокупность живых существ, взаимодействующих с неживым костным веществом. Также в биосфере есть биогенное вещество, которое создается с помощью живых организмов, а это преимущественно горные породы и минералы. Помимо этого, в биосферу входит биокосное вещество, произошедшее вследствие взаимосвязи живых существ и косных процессов.
Свойства биосферы
Вернадский тщательно изучал свойства биосферы и пришел к выводу, что основой функционирования системы является бесконечный круговорот веществ и энергии. Данные процессы возможны только в результате деятельности живого организма. Живые существа (автотрофы и гетеротрофы) создают необходимые химические элементы в процессе своего существования. Так, с помощью автотрофов происходит преобразование энергии солнечного света в химические соединения. Гетеротрофы, в свою очередь, потребляют созданную энергию и приводят к разрушению органических веществ до минеральных соединений. Последние являются фундаментом для создания новых органических веществ автотрофами. Таким образом, происходит цикличный круговорот веществ.
Именно благодаря биологическому круговороту биосфера представляет собой самоподдерживающуюся систему. Циркуляция химических элементов является основополагающей для живых организмов и существования их в атмосфере, гидросфере и почве.
Основные положения учения о биосфере
Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос». Ученый обозначил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу вместе с океаническими глубинами, земную поверхность (верхний слой литосферы) и часть атмосферы до уровня тропосферы. Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится.
Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете.
Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения:
Таким образом, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Многие его утверждения актуальны на сегодняшний день. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут.
Вывод
Работы известного российского ученого распространены по всему миру и используются в наше время. Широкое применение учений Вернадского можно увидеть не только в экологии, но и в географии. Благодаря работам ученого охрана и забота о человечестве стала одной из самых актуальных задач на сегодняшний день. К сожалению, с каждым годом проблем с окружающей средой становится всё больше, что ставит под угрозу полноценное существование биосферы в будущем. В связи с этим, необходимо обеспечить устойчивое развитие системы и минимизировать развитие негативных воздействий на окружающую среду.
Вернадский и его учение о биосфере
Урок 16. Экология 5 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Вернадский и его учение о биосфере»
Впервые термин «биосфера» встречается в 1802 году в трудах Жана Батиста Ламарка применительно к живым организмам.
Позже термин «биосфера» в значении «лик Земли» использовал австрийский геолог Эдуард Зюсс. При описании горной системы Альп в 1875 году Зюсс обозначил этим термином тонкую плёнку земной поверхности, населённую жизнью. Однако ни один из этих учёных не развил представлений о биосфере и не дал какого-либо конкретного определения этому термину.
Одним из выдающихся учёных, посвятивших себя изучению биосферы, был академик Владимир Иванович Вернадский. У него есть множество работ и именно он стал основателем биогеохимии — нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.
Владимир Иванович Вернадский
Также он ввёл в науку общее понятие «живое вещество», представляющее собой совокупность микроорганизмов, водорослей, грибов, растений и животных.
Биосферу Вернадский определял, как область жизни, включающую и живые организмы, и среду их обитания. На границы и развитие биосферы влияют различные факторы:
· вода в жидком состоянии.
Прежде всего, Вернадский определил пространство, которое охватывает биосфера Земли, — вся гидросфера до максимальных глубин океанов, верхняя часть литосферы материков и нижняя часть атмосферы. Это границы распространения жизни на Земле.
Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества, несовместимые с жизнью, и чрезмерно солёная вода.
Облик Земли, её атмосфера, осадочные породы, ландшафты — все это результат жизнедеятельности живых организмов. Особую роль в становлении облика нашей планеты Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубине столетий.
В 1926 году Владимир Иванович Вернадский опубликовал книгу «Биосфера», которая ознаменовала собой рождение новой науки о природе и взаимосвязи с ней человека.
Биосфера впервые показана как единая динамическая система, населённая и управляемая жизнью, живым веществом планеты: «Биосфера — организованная, определенная оболочка земной коры, сопряжённая с жизнью». Учёный установил, что взаимодействие живого вещества с веществом неживым есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные процессы.
В биосфере можно выделить следующие основные компоненты:
· косное (неживое) вещество,
· неживое биогенное вещество,
Живым веществом Вернадский назвал совокупность живых организмов, населяющих нашу планету. Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы. Во все геологические эпохи живое вещество, преобразуя и аккумулируя солнечную энергию, влияло на химический состав земной коры, было мощной геохимической силой, формирующей облик Земли.
Живое вещество имеет количественные характеристики, его можно изучать, используя математические законы.
Под косным веществом учёный понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твёрдые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.
Кроме живого и косного веществ, в состав биосферы входят:
· неживое биогенное вещество, которое образовано живым веществом современной и прошлых геологических эпох (ископаемые остатки организмов, нефть, уголь, газы атмосферы, озёрный ил — сапропель, осадочные породы, например, известняки);
Неживое биогенное вещество
· биокосное вещество, которое создавалось одновременно и живыми организмами, и косным веществом (например, почва, вода обитаемых водоёмов, глинистые минералы).
Одна из основных заслуг Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные функции. Благодаря этому обеспечивается круговорот веществ и, как следствие, целостность биосферы и её устойчивое существование.
Важнейшими функциями живого вещества являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.
Для полноценной жизни человеку необходимы продукты питания, материалы, лекарства, топливо. Источником всего этого чаще всего служит биосфера. С самого начала своего существования человек использовал её богатства. Первобытный человек выживал за счёт охоты, рыболовства и собирательства. С усовершенствованием орудий охоты человек быстро истребил крупных копытных, пещерных медведей и мамонтов. В условиях отсутствия достаточного количества пищи человек перешёл к земледелию, затем к скотоводству. Таким образом он неосознанно создавал искусственные круговороты веществ в природе. С появлением промышленности эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной природной движущей силой.
Учение В.И. Вернадского о биосфере
Согласно взглядам академика Владимира Вернадского, основоположника современного учения о биосфере, с момента возникновения жизни на нашей планете (3-4 миллиарда лет назад) происходил процесс формирования биосферы — единой системы, в которую входили живая и косная (неживая) материи.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Об этом уже было сказано, но лишний раз повторить не мешает — биосфера (биологическая земная оболочка) не только территория нашей планеты, охваченная жизнью, но и структурно ею организованная. Живая материя влияет на неживую, изменяя ее!
Вернадский писал: ««Биосфера — это планетное явление космического характера, ее важной особенностью, главной геологической силой является жизнь — «живое вещество», не просто населяющее биосферу, а преобразующее облик Земли».
Основой учения Вернадского о биосфере является понятие о живом веществе и его роли в биосферных процессах.
Вернадский выявил следующие особенности живого вещества:
Несмотря на значительное различие в формах и размерах живых организмов, для живого вещества характерно одно общее свойство — физико-химическое единство.
В живых организмах химические реакции, за счет участия в них ферментов, протекают намного быстрее, чем в неживом веществе и для их протекания не требуются жесткие условия (высокая температура и др.).
Химические реакции в живых организмах упорядочены. Они проводятся по заданной генами программе.
Химические связи, образующиеся в живом веществе, заключают в себе достаточно много энергии (вспомним про АТФ). Живое вещество является преобразователем и накопителем энергии солнечного излучения.
Благодаря такому свойству, как подвижность, живое вещество заполняет собой все доступные для жизни среды. Такое «растекание» живого вещества называется «давлением жизни». Перемещаясь, живое вещество переносит органические вещества и накопленную в себе солнечную энергию. Этот перенос происходит также и против сил неживой природы (в горизонтальном направлении, вверх) и переносит вещества. Вернадский выделял две формы движения живого вещества: пассивную, возникающую за счет роста и размножения организмов, и активную, возникающую в результате перемещения организмов.
По сравнению с косным веществом, живое характеризуется гораздо большим морфологическим и химическим разнообразием.
Живое вещество обладает способностью к постоянному обновлению за счет размножения, обеспечивающего смену поколений.
Для живого вещества характерно эволюционное развитие.
В ходе эволюции живое вещество выполняет геологическую работу, в результате которой возрастает биологическая масса, увеличивается разнообразие форм жизни, изменяется среда обитания. Эта работа приводит к изменению физико-химических свойств биосферы.
Живое вещество — преобразователь биосферы! Ознакомимся с его основными функциями:
Газовая функция живого вещества выражается в выделении свободного кислорода и его в переходе в озон; в выделении свободного азота, сероводорода, метана и других газов при разложении живого вещества; в поддержании на определенном уровне количества углекислого газа в атмосфере. Живое вещество сформировало нынешний состав атмосферы и поддерживает его.
С газовой функцией связаны два переломных (критических) периода в эволюции биосферы, которые называются первой и второй точками Пастера в честь известного французского ученого Луи Пастера.
Первая точка относится к периоду эволюции (примерно 1,2 млрд. лет назад), в котором содержание кислорода в атмосфере Земли достигло примерно 1% от современного уровня. Стало возможным появление первых аэробных организмов.
Вторая точка Пастера относится к периоду, в котором содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 10% от современного уровня (примерно 420 млн. лет назад). Такая концентрация создала условия для синтеза озона и образования озонового слоя в стратосфере. После того, как у нашей планеты появился «озоновый щит», стала возможной жизнь на суше. До того от губительного воздействия коротких ультрафиолетовых волн живое вещество защищала вода.
Биогеохимическая функция заключается в поступлении химических элементов Земли в живые организмы и возвращение этих веществ путем в окружающую среду (воду, почву, атмосферу). Концентрационная функция заключается в извлечении из окружающей среды и накоплении химических элементов, необходимых для построения тел живых организмов. Концентрационная способность живого вещества весьма велика, она на несколько порядков может превышать содержание атомов химических элементов в окружающей среде. Так, например, содержание углерода в растениях в 200 раз превышает его содержание в земной коре, а азота — в 30 раз. Результатом концентрационной деятельности живого вещества может стать образование из их останков залежей полезных ископаемых — нефти, каменного угля, горючих сланцев, осадочных пород и т.п.
Рассеивающая функция противоположна концентрационной. Рассеивание веществ в окружающей среде происходит при выделении организмами экскрементов, при линьке и т.п.
Окислительно-восстановительная функция, как видно из названия, заключается в окислении и восстановлении различных веществ с участием живых организмов.
Биохимическая или энергетическая функция — связывание и запасание солнечной энергии в живом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации вещества.
Транспортная функция заключается в переносе вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Подобный перенос может осуществляться на огромные расстояния (при сезонных миграциях животных).
Информационная функция заключается в накоплении живыми организмами определенной информации, закреплении ее в наследственных структурах и передаче последующим поколениям.
Средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических параметров среды. Она представляет собой результат совместного действия всех остальных функций.
В отдельную функцию из-за ее важности выделяют биогеохимическую деятельность человека — изменение биосферы для своих хозяйственных и бытовых нужд.
«На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом», писал Вернадский.
Он сформулировал пять постулатов, относящихся к биосфере:
Постулат первый: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». То есть первобытная биосфера изначально была представлена богатым разнообразием форм жизни.
Постулат второй: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте. Первое появление жизни должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».
Постулат третий: «В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». Говоря о химических функциях, Вернадский имел в виду глобальные функции, благодаря которым осуществляется обмен веществ и энергии. В процессе эволюции отдельные (можно сказать — «второстепенные») химические функции живых организмов могут изменяться, но глобальные остаются постоянными.
Постулат четвертый: «Живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают одно из грандиознейших планетных явлений — миграцию химических элементов в биосфере, поэтому на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас». Четвертый постулат по сути является расширенным толкованием постулата третьего.
Постулат пятый: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами». Обмен веществ и энергии, а также воспроизводство происходят на клеточном уровне, так что это утверждение верно.
Суть концепции эволюции биосферы, созданной Вернадским заключается в том, что биосфера формируется под воздействием живых организмов и вместе с ними находится в постоянном процессе эволюции.
Первыми обитателями биосферы нашей планеты были гетеротрофные анаэробные организмы Мирового океана. Гетеротрофными называются организмы, неспособные образовывать органические вещества из неорганических и питающиеся готовыми органическими веществами. Например, большинство животных — гетеротрофы.
Пищей для гетеротрофных анаэробных организмов служили органические вещества, возникших в результате сложных химических процессов, протекавших в Мировом океане. Гетероторфов становилось все больше и больше, а запасы органических веществ уменьшались. В ходе эволюции появились анаэробные автотрофные организмы, т.е. способные самостоятельно создавать органические вещества в процессе фотосинтеза, используя для этого солнечную энергию. В результате жизнедеятельности анаэробных автоторфов в атмосферу стал выделяться кислород. Постепенно его скопилось столько, что стало возможным появление аэробных организмов (первая точка Пастера!). «Можно сказать, что свободный кислород на нашей планете в своей подавляющей массе создается кислородно-углекислотной функцией живого хлорофильного вещества», писал Вернадский. Строение организмов усложнялось, появлялись новые виды, вместе с эволюцией форм жизни происходила (и происходит) эволюция биосферы.
Вернадский выделял три этапа развития биосферы:
Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы под воздействием геохимических и климатических изменений на нашей планете. На этом этапе жизнь была представлена прокариотами — одноклеточными живыми организмами, не обладающими оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. Пример прокариотов — бактерии.
Биологический круговорот, постоянную циркуляцию химических элементов между живыми организмами, атмосферой, гидросферой и почвой, Вернадский назвал главной силой, организующей биосферу в единую самоподдерживающуюся биологическую систему.
Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления эукариотных организмов, клетки которых имели оформленное ядро и органоиды. В ходе биологической эволюции появляются новые виды живых организмов, как одноклеточных, так и многоклеточных, растет их численность.
Третий этап начался с возникновения человека и формирования человеческого общества. Этот этап характеризуется постепенным превращением биосферы в ноосферу. Ноосферой называется состояние биосферы, решающим фактором развития которой является разумная деятельность человека. Третий этап определяется целенаправленной деятельностью человеческого разума, в отличие от первого и второго, которые протекали под действием природных процессов.