«Биосфера и свойства биомассы планеты Земля. Возникновение и развитие биосферы. Ноосфера». Биосфера и свойства биомассы планеты Земля. Возникновение и развитие биосферы. Ноосфера

Название	Биосфера и свойства биомассы планеты Земля. Возникновение и развитие биосферы. Ноосфера
Анкор	«Биосфера и свойства биомассы планеты Земля. Возникновение и развитие биосферы. Ноосфера
Дата	25.04.2022
Размер	1.89 Mb.
Формат файла
Имя файла	3.docx
Тип	Курсовая #494781

КУРСОВАЯ РАБОТА

По предмету: Фундаментальная и прикладная биология

На тему «Биосфера и свойства биомассы планеты Земля. Возникновение и развитие биосферы. Ноосфера»

Направление – 05.03.06 «Экология и природопользование»

Исполнитель

Руководитель

Шифр

Введение 2

1 Биосфера и свойства биомассы планеты Земля 4

1.1 Структурные уровни биосферы 4

1.2Биосфера как глобальная экосистема 9

1.3 Круговорот вещества в биосфере 14

2 Возникновение и развитие биосферы 18

2.1 История развития биосферы 18

2.2 Учение о биосфере. История изучения биосферы 20

2.3 Этапы развития учения о ноосфере 23

Заключение 29

Список использованной литературы 31

Введение
Биосфера играет ключевую роль в существовании жизни на Земле. Благодаря взаимодействию биотической и абиотической части, образуется уникальная среда – экосистема, в которой происходит круговорот вещества, обеспечивающий поддержание баланса биоценозов.

Человек является непосредственно связанным с биосферой. Он не может покинуть эту оболочку, нуждаясь в постоянном поступлении энергии от продукции, производимой продуцентами экосистем, защите от космического излучения и пригодном для жизни микроклимате. Поэтому жизненно важной задачей современного человечества является сохранение среды их обитания в состоянии равновесия (переход от техносферы к ноосфере – разумно управляемой сфере). Целостное представление о механизме работы составляющих биосферу компонентов даёт понимание важности сохранения каждого компонента, что особенно актуально сейчас, когда нерациональное использование ресурсов биосферы нарушает баланс, приводя к необратимым процессам разрушения тонкой «оболочки жизни» [3,с.14].

Объект исследования – уровни и компоненты биосферы.

Предмет исследования – глобальная экосистема.

Цель курсовой работы – показать и обосновать утверждение о том, что биосфера является глобальной экосистемой, что даст понимание того, что биосфера, как всякая система существует за счет взаимополезного взаимодействия ее составляющих, и неосмотрительное удаление или изменение любого компонента влечет за собой изменение остальных, что может иметь негативные последствия для биосферы, в том числе и для человечества.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач, заключающихся в поэтапном описании биосферы с точки взгляда на нее, как на экосистему:

изучить структурные уровни и абиотические компоненты биосферы;
изучить понятие «экосистема» и ее классификацию;
проанализировать исторические этапы становления и развития биосферы;
рассмотреть Учение В.Вернадского о биосфере;
изучить понятие «ноосфера» и проанализировать переход биосферы к ноосфере.

1 Биосфера и свойства биомассы планеты Земля

1.1 Структурные уровни биосферы
Биосфера в современном понимании – это оболочка Земли, содержащая живое вещество и ту часть абиотической среды, в непрерывном обмене с которым находится биовещество [9,с.51]. Под живым веществом здесь подразумевается совокупность всех организмов, населяющих Землю. Биосфера распространяется на нижнюю часть атмосферы, гидросферу и тонкую верхнюю полосу литосферы и поверхность почвы. Однако, разделение это несколько условно, так как отдельные «островки жизни», обусловленные техногенезом, могут встречаться за пределами слоя жизни [2,с.13], например, космические корабли, буровые скважины.

Термин «биосфера» обозначает сферу жизни. Именно в таком понимании понятие «биосфера» было введено в науку в 1875 году, австрийским геологом и палеонтологом Зюссом. Конечно, до этого данное понятие встречалось в науке, но под такими названиями, как «пространство жизни», «картина природы», «живая оболочка Земли».Биосфера, в нынешнем понимании, это своеобразная оболочка Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов, а также ту часть вещества планеты Земля, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Биомасса организмов Земли

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. [7, с.181]. Все живые организмы, населяющие нашу планету, существуют не сами по себе, они зависят от окружающей среды и испытывают на себе ее воздействия. Это точно согласованный комплекс множества факторов окружающей среды, и приспособление к ним живых организмов обуславливает возможность существования всевозможных форм организмов и самого различного образования их жизни.

Живая природа представляет собой сложно организованную, иерархичную систему. Выделяют несколько уровней организации живой материи:

1.Молекулярный. Любая живая система проявляется на уровне взаимодействия биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, полисахаридов, а также других важных органических веществ.

2.Клеточный. Клетка - структурная и функциональная единица размножения и развития всех живых организмов, обитающих на Земле. Неклеточных форм жизни нет, а существование вирусов лишь подтверждает это правило, т.к. они могут проявлять свойства живых систем только в клетках.

3.Организменный. Организм представляет собой целостную одноклеточную или многоклеточную живую систему, способную к самостоятельному существованию. Многоклеточный организм образован совокупностью тканей и органов, специализированных для выполнения различных функций.

4.Популяционно-видовой. Под видом понимают совокупность особей, сходных по структурно-функциональной организации, имеющих одинаковый кариотип и единое происхождение и занимающих определенный ареал обитания, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство, характеризующихся сходным поведением и определенными взаимоотношениями с другими видами и факторами неживой природы.
Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, создает популяцию как систему надорганизменного порядка. В этой системе осуществляются простейшие, элементарные эволюционные преобразования.

5.Биогеоценотический. Биогеоценоз - сообщество, совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды их обитания - компонентами атмосферы, гидросферы и литосферы.

6.Биосферный. Биосфера - самый высокий уровень организации жизни на нашей планете. В ней выделяют живое вещество - совокупность всех живых организмов, неживое или косное вещество и биокосное вещество (почва).

В биосфере выделяют следующие структурные уровни (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 - Структурные уровни биосферы
Аэробиосфера расположена в пределах атмосферы (газовой оболочки планеты). Вещество в атмосфере распределено неравномерно, что обуславливается уменьшением плотности воздуха с удалением от поверхности. Обычно атмосферу делят на три крупных совокупности слоев: тропосферу (от поверхности до высоты 8–10 км), стратосферу (8–10 км до озонового слоя) и ионосферу (выше озонового слоя). В более подробном рассмотрении, подразделяется на тропобиосферу (соответствует тропосфере – 8–10 км.), в которой сосредоточены почти все аэробионты (организмы, постоянно живущие в слое воздуха, нуждающиеся во влажности и взвешенных частицах – аэрозолях; в основном – бактерии), и альтобиосферу (от 8–10 км). До озонового слоя, после которого жесткое ультрафиолетовое излучение не допускает существование жизненных форм.

В настоящее время иногда также выделяют парабиосферу (выше озонового слоя, куда некоторые организмы могут случайно попадать, но не могут нормально существовать), апобиосферу (слой выше 60–80 км., куда живые организмы никогда не поднимаются, но биовещество может заноситься в очень незначительных количествах) и артебиосферу (космическое пространство, в котором биологические существа существуют на созданных человеком ограниченных пространствах, т.е. космических спутниках, космических станциях и т.п.)[5,с.71].

Гидробиосфера. Водная оболочка планеты, представленная океанами, морям, и наземными водами (гидросфера). Простирается от поверхности водоемов до глубины 11 км. (Марианская впадина). Подразделяется на марианобиосферу (или океанобиосферу) и аквабиосферу, которая в свою очередь некоторыми учеными делится на лимноаквабиосферу (биосфера озер;

в том числе галолимнобиосферу – биосферу соленых озер) и реаквабиосферу (реки).

Геобиосфера. Самая населенная организмами оболочка, распространяющаяся от поверхности почвы на границе с атмосферой и гидросферой до глубины нескольких километров (верхняя часть литосферы). Геобиосфера подразделяется на поверхностную часть – террабиосферу, и подземную часть – литобиосферу (рисунок 1.3).

Последняя не имеет окончательно установленных нижних границ и теоретически может распространяться до 20–25 км., на которой вследствие температур около 450^оС при любом давлении вода превращается в пар, делая существование любых организмов невозможным [5,с.51].

Сегодня глубины распространения микроорганизмов, подтвержденные опытно, составляют около 2 км [2,с.27].

Рисунок 1.3 - Соотношение слоев биосферы с высотами их распространения

Биосфера как глобальная экосистема

Экосистема – система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними [3,с.29].

Отличительной чертой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы, поэтому не каждая система взаимоотношений, естественная или искусственная, может называться экосистемой.

Так как экосистемы являются сложными системами, то их классифицируют по нескольким признакам [12,с.102].

По размеру выделяют:

микроэкосистемы. Экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: небольшой водоем, гниющий ствол упавшего дерева и т.п.;
мезоэкосистемы. Примерами могут служить лес, река и т.п.;
макроэкосистемы. Имеют очень большое распространение (в пределах морей, океанов, материков), например, горы Анды, материк Австралия;
глобальную экосистему, которая является аналогом биосферы.

Стабильность экосистем увеличивается вместе с широтой охвата территории.По степени антропогенного воздействия экосистемы подразделяют на три вида [11,с.109]:

природные (или естественные) – экосистемы не нарушенные влиянием человека. Например, отдаленные от человеческих поселений джунгли в Амазонии, заповедники, океанические впадины;
социоприродные – естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище);
антропогенные – системы, созданные человеком для извлечения выгоды. Делятся на техногенные и агроэкосистемы.

Также экосистемы можно классифицировать по многим другим признакам: структуре (наземные, пресноводные, морские, прибрежные и т.д.); источникам энергии (основной источник – Солнце, но присутствуют также другие субсидирующие источники) [4,с.88].

Так как биомы (макроэкосистемы) распределены согласно консорциям, экосистемы принято классифицировать по типу преобладающего фитоценоза:

Наземные биомы: вечнозеленый тропический дождевой лес; полувечнозеленый тропический лес; пустыня: травянистая и кустарниковая; чапараль – районы с дождливой зимой и засушливым летом, тропические степи и саванна; степь умеренной зоны; листопадный лес умеренной зоны; бореальные хвойные леса; тундра: арктическая и альпийская.

Водные экосистемы классифицируются по отличительным признакам: солености воды, особенностям водоема.

Типы пресноводных экосистем:стоячие воды: озера, пруды и т.д.; текучие воды: реки, ручьи и т.д.; заболоченные угодья: болота и болотистые леса. Типы морских экосистем: открытый океан; воды континентального шельфа (прибрежные воды); районы апвеллинга (районы подъема глубинных вод к поверхности; плодородные районы с продуктивным рыболовством); эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д.).

Следует учитывать то, что приведенная классификация охватывает только крупные экосистемы – биомы.

В экосистеме можно выделить два компонента – биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества – консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца. Солнечная энергия поглощается в биосфере неравномерно, что можно видеть на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Поступление и распределение солнечной энергии
Энергия солнца поглощается лишь частично, и на каждый новый трофический уровень переходит лишь около 10% (Правило Линдемана) [12,с.19], что обуславливает ограниченную длину цепей питания (обычно 5–6 уровней), соответственно можно сказать, что на долю консументов приходится значительно меньше энергии, чем на долю плотоядных, плотоядных – меньше чем фитофагов и т.д. (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Схема распределения энергии среди продуцентов и консументов
Каждая экосистема характеризуется присущей ей совокупностью свойств и структурой.С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

Климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды.
Неорганические вещества, включающиеся в круговорот.
Органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии.
Продуценты – автотрофные организмы, создающие первичную продукцию.
Консументы – гетеротрофы, поедающие другие организмы (хищные) или крупные частицы органического вещества.
Редуценты – гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

Биофаги – организмы, поедающие других живых организмов.
Сапрофаги – организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Данное разделение по типу питания обеспечивает круговорот биовещества в экосистеме. Между отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет.Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и времени и образуют единую структурно-функциональную систему.

Среди составляющих также выделяют экотоп, климатоп, эдафотоп, биотоп и биоценоз.

Экотоп – территория (или акватория) местообитания организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и т.д., при этом не измененная деятельностью организмов (новообразованные формы рельефа).

Климатоп – воздушная (или водная) часть экосистемы, отличающаяся от окружающей своим составом, воздушным (водным) режимом, влажностью (соленостью) и / или другими параметрами.

Эдафотоп – почва, как часть среды преобразуемой организмами.

Биотоп – преобразованный биотойэкотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза [11,с.33].

Биоценоз – исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп). Биоценозы ограничиваются распределением детерминантов (определителей) зооценозов (консорций – популяций растений вместе с сопровождающими их организмами), в которых доминирующие виды растений создают условия для жизни других организмов.

1.3 Круговорот вещества в биосфере

Земля отличается от других планет тем, что её биосфера содержит вещество, чувствительное к потоку солнечного излучения – хлорофилл. Именно хлорофилл обеспечивает преобразование электромагнитной энергии солнечного излучения в химическую энергию, с помощью которой идет процесс восстановления окислов углерода и азота в реакциях биосинтеза.

В зеленом растении происходит фотосинтез – процесс образования углеводов из воды и двуокиси кислорода (которая находится в воздухе или воде). При этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Зеленые растения относят к автотрофам – организмам, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их косной материи и не требуют для построения своего тела готовых органических соединений другого организма.

Гетеротрофы – это организмы, которые нуждаются для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы постепенно преобразуют органическое вещество, образованное автотрофами, доводя его до первоначального – минерального – состояния.

Деструктивная (разрушающая) функция совершается представителями каждого из царств живого вещества. Распад, разложение – неотъемлемое свойство обмена веществ каждого живого организма. Растения образуют органические вещества и являются крупнейшими производителями углеводов на Земле, но они же выделяют и необходимый для жизни кислород как побочный продукт фотосинтеза.

В процессе дыхания в телах всех видов живого образуется углекислый газ, который растения вновь используют для фотосинтеза. Существуют и такие виды живого, для которых разрушение отмершего органического вещества являются способом питания. Существуют организмы со смешанным типом питания, их называют миксотрофами [5,с.91].

В биосфере происходят процессы преобразования неорганического, косного вещества в органическое и обратной перестройки органических веществ в минеральные. Движение и преобразование веществ в биосфере осуществляется при непосредственном участии живого вещества, все виды которого специализировались на различных способах питания.Конечное количество вещества, которое есть в биосфере, приобрело свойство бесконечности через круговорот веществ. Все компоненты биосферы взаимодействуют друг с другом (рисунок 1.6), обеспечивая устойчивость системы.В ходе биогеохимических циклов атомы большинства химических элементов проходили бесчисленное количество раз через живое существо.

Например, весь кислород атмосферы «оборачивается» через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 200–300 лет, а вся вода биосферы – за 2 млн. лет.Живое вещество является совершенным приемником солнечной энергии. Энергия, поглощенная и использованная в реакции фотосинтеза, а затем запасенная в виде химической энергии углеводов, очень велика, есть сведения, что она сопоставима с энергией, которую потребляют 100 тысяч больших городов в течение 100 лет.

Рисунок 1.6 - Экологические компоненты

Гетеротрофы используют органическое вещество растений, как пищу: органика окисляется кислородом, который доставляют в организм органы дыхания, с образованием углекислого газа – реакция идет в обратном направлении.

Таким образом, «вечной» делает жизнь одновременное существование автотрофов и гетеротрофов.Факты и рассуждения о «колесе жизни» в биосфере дают право говорить о законе биогенной миграции атомов, который сформулировал В.И. Вернадский: миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое сейчас населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории.Живое вещество разных царств и разного рода обеспечивает непрерывный круговорот веществ и преобразование энергии. Тем самым обнаруживается закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского: в биосфере миграция химических элементов происходит при обязательном непосредственном участии живых организмов. Биогенная миграция атомов обеспечивает непрерывность жизни в биосфере при конечном количестве вещества и постоянном притоке энергии.

Все вышеперечисленные аспекты определяют понятие, что биосфера является глобальной экосистемой. Экосистемой, как уже было рассмотрено выше, является система взаимодействия живых организмов и среды их обитания. Экосистемы бывают различных уровней сложности и размеров. Меньшие экосистемы входят в состав более крупных, те – в свою очередь в еще более крупные. Макроэкосистемы (материки, океаны и т.д.) формируют глобальную экосистему – Биосферу.

Для биосферы характерен круговорот энергии, обусловленный разными трофическими ролями продуцентов, консументов и редуцентов. Это один из ключевых признаков экосистемы, который обеспечивает стабильность экосистемы.Для биосферы характерны все свойства экосистем:

биосфера включает в себя живые организмы, населяющие Землю, а также среду их обитания: океаны, сушу, атмосферу;
в биосфере существуют круговороты вещества: большой (океан-суша) и малый (живое – косное вещество);
в биосфере присутствуют все три участника трофической цепи: продуценты, представленные автотрофами; консументы (гетеротрофные организмы), и редуценты (гетеротрофные организмы, разлагающие органическое вещество);
биосфера, как экосистема, обладает стабильностью, и потенциально бессмертна, пока существуют продуценты. Среди всех экосистем биосфера, как самая крупная, обладает наибольшей стабильностью.

Исходя из этого, биосфере является экосистемой. Так как биосфера объединяет в себе все экосистемы на планете, то ее называют «глобальной» экосистемой.

2 Возникновение и развитие биосферы

2.1 История развития биосферы

Биосфера не развивалась равномерно на всем протяжении истории Земли. Наибольшее ее влияние на формирование внешнего облика планеты стало заметно лишь в последние 600–700 млн. лет, когда с заселением материков резко возросла роль фотосинтеза, что привело к многократному увеличению доли кислорода в древней атмосфере.

В развитии биосферы условно можно выделить несколько этапов, каждый из которых отмечен важным прогрессивным продвижением; которые в конце привели к образованию современного состояния биосферы (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Основные этапы развития биосферы
Большинство гипотез о происхождении жизни на Земле предполагают, что долгое время после формирования пригодной для выживания живых организмов температурной среды, планета была безжизненной. В это время на ее поверхности, в атмосфере и океане под действием коротковолнового солнечного изучения происходил медленный абиогенный синтез органических соединений (метан, водород, аммиак, водяной пар), который привел к формированию первых, самых примитивных организмов. Длительность этапа оценивается не менее чем в 1 млрд. лет. Данный этап исторические называют хемогенез (химическая эволюция).

Биогенез.Ключевым фактором, обусловившим появление сложных организмов из простых, стало насыщение атмосферы кислородом, который по мере увеличения концентрации в верхних слоях атмосферы, под действием ультрафиолетового излучения образовывал газ озон, имевший свойство задерживать коротковолновую радиацию, губительную для жизненных форм.

На начальных этапах биогенеза концентрация кислорода составляла не более 0,1% от современного; изменение атмосферы началось приблизительно 2 млрд. лет назад, когда появились первые фотосинтезирующие организмы (очевидно, это были сине-зеленые водоросли – прокариоты) [8,с.19], а значительное увеличение доли кислорода началось около 1,5 млрд. лет назад вместе с появлением хлорофилловых клеток, поглощающих углекислый газ и выделяющих кислород в больших объемах. Около 600 млн. лет назад произошло еще одно резкое увеличение доли кислорода в атмосфере (с 3% от современного значения 700 млн. лет назад до 50% – в меловом периоде 140 млн. лет назад). Причиной этого стал выход и расселение по материкам сначала низших, затем высших автотрофов.

Социогенез. Появление человека и его расселение по планете (1,5 – 3 млн. лет назад).

Техногенез. Биосфера сильно подверглась изменению в период активного формирования технической оболочки – техногенных и природно-технических комплексов (результатов производственной деятельности), которой окружил себя человек. Начало этапа связано с появлением 10–15 тыс. лет назад городских поселений.

Ноогенез. Последняя, высшая стадия развития биосферы, связанная прежде всего с превращением одностороннего использования природных ресурсов (характерно для техногенеза) в разумно-управляемую социально-природную систему (ноосферу). Ее особенностью является взаимополезное взаимодействие природы и человеческого сообщества, где человеческая деятельность становится определяющим фактором глобального развития, в частности внешнего облика окружающей его среды [12,с.88]. При этом, так как человечество может существовать только в благоприятном для жизни слое – биосфере, то основной целью построения ноосферы является сохранение того типа биосферы, который обеспечивает выживание и развитие человека и его взаимодействия с окружающей средой. Термин впервые введен и описан советским ученым В. Вернадским.

2.2 Учение о биосфере. История изучения биосферы

Современное понимание термина «биосфера» и выделение ее, как области распространения живого вещества возможно благодаря трудам Ж.-Б. Ламарка, Э. Зюсса, В. Вернадского и других ученых, благодаря которым биосфера стала центральным объектом изучения новой науки – экологии. Изучение биосферы и планирование ее будущего развития не может отделяться от изучения истории ее становления [6,с.28].

«Биосфера» как понятие, отражающее область распространения живых организмов, впервые ввел в своих работах французский натуралист Ж.-Б. Ламарк (1802). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Однако в то время быстрое расслоение наук о природе привело к тому, что термин не прижился. Только спустя более 70 лет, в 1875 австрийский геолог Э. Зюсс вновь упомянул этот термин. Первоначально под «биосферой» подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина «биосфера» Э. Зюсс в своей книге «Лик Земли», опубликованной спустя тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли», а третье и окончательное возрождение понятия стало возможным благодаря советскому геологу В.И. Вернадскому, создавшему в 20-хгодах XX века современное учение о биосфере (1926). Должного внимания научному труду Вернадского сначала оказано не было, но после Второй Мировой Войны последствия радиоактивного и химического загрязнения воздуха, воды и почв заставило ученых вернуться к исследованиям Вернадского.

Согласно воззрениям Вернадского весь облик Земли, все ее ландшафты, атмосфера, химический состав вод, толща осадочных пород обязаны своим происхождением живому веществу. Жизнь – это связующее звено между Космосом и Землей, которое используя энергию, приходящую из космоса, трансформирует косное вещество, создает новые формы материального мира. Так, живые организмы создали почву, наполнили атмосферу кислородом, оставили после себя километровые толщи осадочных пород и топливные богатства недр, многократно пропустили через себя весь объем Мирового океана. Вернадский не занимался проблемой возникновения жизни, он понимал ее как естественный этап самоорганизации материи в любой части космоса, приводящий к возникновению все новых форм ее существования.

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:

живое;
биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке);
косное (абиотическое, образованное вне жизни);
биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва);
вещество в стадии радиоактивного распада;
рассеянные атомы;
вещество космического происхождения.

На рисунке 2.2 отобразим учение Вернадского относительно структурного формирования биосферы.

Рисунок 2.2 – Схематичное отображение Учения Вернадского о биосфере
Вернадский был сторонником гипотезы панспермии (занесения жизни на Землю из космоса). Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Он считал, что живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств.

Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени.

2.3 Этапы развития учения о ноосфере

Важным этапом необратимой эволюции биосферы Вернадский считал её переход в стадию ноосферы.Живые организмы на нашей планете проходят длительный процесс развития, что становится причиной качественных изменений самой биосферы. Термин ноосфера был предложен французским ученым Э. Леруа в 1927 году. Не обошлось в этом деле и без участия Вернадского: Леруа был с ним знаком и присутствовал на его лекциях.

По мнению Леруа, ноосфера — это настоящий геологический период развития биосферы. К такому выводу он пришел вместе с П.Т. де Шарденом - своим другом и коллегой. Позже де Шарден разработает собственную теорию о ноосфере. По мнению ученого, ноосфера представляет собой новый мыслящий слой, который образовался в конце третичного периода и формировался над миром растений и животных - вне биосферы и над ней. Перед тем как дать определение ноосферы по Вернадскому, обратимся к определению, которое было предложено в конце 20-х годов 20 века.

Ноосфера - сфера взаимодействия общества и природы, где разумная человеческая деятельность является главным фактором (рисунок 2.3).

Рисунок 2.3 - Ноосфера
Учение о биосфере Вернадского плавно перетекло в учение о ноосфере, в которое он вкладывал материалистическое наполнение. Он говорил о том, что человек, будучи частью природы, должен соблюдать ее законы, а не пытаться их изменить. Главная мысль учения о ноосфере Вернадского заключается в том, что человечество должно учитывать природные закономерности в ходе развития общества и среды. В первое время ученый считал, что ноосфера — особая оболочка разума, развивающаяся над биосферой. Однако позже он сформулировал другое определение [1,с.77].

Ноосфера по Вернадскому — новое состояние биосферы, где умственная и разумная деятельность человека будет определять ее развитие. Переход биосферы в ноосферу происходит в результате воздействия научной мысли и деятельности человека. Человечество в процессе развития приобретало все больше отличий от других составляющих биосферы, став новой биогенной природоформирующей силой. Научная же мысль в виде достижений науки и техники помогает человеку осваивать части биосферы, к которым раньше он не мог добраться.

Ноосфера отличается тесной связью законов природы с социально-политическими факторами общества. В ее основе — научно обоснованное рациональное использование ресурсов природы. Оно предполагает, что круговорот вещества и поток энергии будут восстановлены.

Согласно Вернадскому и учению о ноосфере, отличительная черта ноосферы — экологизация всех сферы деятельности человека, что предполагает формирование экологического мышления и экологического сознания.

Вернадский сформулировал основные свои положения, оценив роль человеческого разума как явления планетарного. Вот эти положения о ноосфере Вернадского: «Развитие науки — решающая сила. С ее помощью человек изменяет биосферу, в которой обитает. Изменение биосферы — явление неизбежное. Оно протекает одновременно с обогащением научными знаниями. Изменения биосферы происходят помимо человеческой воли. Они являются процессом.

Биосфера как организованная оболочка — среда обитания человечества. Постепенные изменения в биосфере в ходе научной деятельности

человека, который является решающей силой — закономерный процесс перехода биосферы в ноосферу» [2,с.62].

Концепция ноосферы явилась логическим результатом научной деятельности В.И.Вернадского, который говорил, что «биосфера перейдет однажды в сферу разума – ноосферу. Произойдет великое объединение, в результате которого развитие планеты сделается направленным силой разума».

О формировании на Земле ноосферы он наиболее подробно писал в незавершенной работе «Научная мысль как планетное явление». В структуре ноосферы выделяют следующие компоненты: человечество, совокупность научных знаний, сумму техники и технологий в единстве с биосферой.

Ноосфера предполагает не выживание человечества, а сохранение экосферы в гармонии живой и неживой природы, сохранение природы с сохранением ресурса органического мира в биогеоценозах (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Фактор качественной перестройки биосферы
Рассматривая переход биосферы в ноосферу («сферу разума»), В.И. Вернадский указал ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Нужно, чтобы [1,с.66]:

человечество стало единым целым, заселив и преобразовав всю планету;
стали мобильными средства связи и обмена информацией между странами;
усилились связи, в том числе политические, между всеми странами Земли;
расширились границы биосферы, произошел выход в космос;
были открыты и начали активно использоваться новые источники энергии, развивалась энергетика;
установилось реальное равенство людей всех рас и религий;
наладилось разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;
были исключены войны из жизни общества;
произошел рост общего уровня жизни, были побеждены голод и болезни.

В структуре ноосферы и биосферы ученый выделял «семь видов вещества»:

живое и биогенное (возникшее из живого);
косное (возникшее из неживого);
биокосное (частично живое, частично неживое);
радиоактивное;
атомарно-рассеянное;
космическое.

Ф.Т. Яншина, заместитель председателя Комиссии РАН по разработке научного наследия В. И. Вернадского, обобщила сформулированные академиком признаки ноосферы:

Вся планета заселена человеком.
Резко преобразуются средства связи и обмена между странами.
Усиливаются связи, в том числе политические, между государствами Земли.
Геологическая роль человека преобладает над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере.
Границы биосферы расширяются, человечество выходит в Космос.
Открыты новые источники энергии.
Обеспечено равенство людей всех рас и религий.
Увеличена роль народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики.
Обеспечена свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений; в общественном и государственном строе созданы условия, благоприятные для свободной научной мысли.
Достигнуто благосостояние трудящихся, реальная возможность не допустить недоедания, голода, нищеты и ослабить влияние болезней.
Первичная природа Земли разумно преобразуется с целью сделать способной удовлетворять все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения.
Война исключена из жизни человечества.

Академик В.И.Вернадский писал о формировании такой ноосферы как о неотвратимом будущем, переход к которому происходит с особенным ускорением с начала XX века. Идеи В.Вернадского нашли непосредственное отражение в современной концепции устойчивого развития. Человеческая цивилизация достигла критического уровня, после которого одинаково возможны и качественно новая степень развития, и катастрофа.

Устойчивое развитие предполагает как установление баланса между потреблением и воспроизводством природных ресурсов, так и обеспечение устойчивого роста благосостояния, социальной защищенности и возможности гармоничного развития личности. Устойчивое развитие – это поступательное движение темпов экономического роста, при котором давление на окружающую среду компенсируется восстановлением ее свойств.

Ноосферные преобразования требуют от человечества способности к рациональному мышлению, научному предвидению, единства экологии, экономики и политики.

Учение Вернадского о ноосфере дало большой фактический материал о биосфере и производственной человеческой деятельности. В том числе на их основе сформулировали современные признаки ноосферы: увеличение объема добычи полезных ископаемых. Сегодня этот показатель в 5 раз выше показателя горных пород, переносимых реками под воздействием речной эрозии; увеличение углекислого газа в атмосфере. Причинами этого стало массовое потребление органических веществ, которые образовались путем фотосинтеза в прошлые геологические эпохи. Вместе с этим количество кислорода в атмосфере сокращается; рассеивание энергии в ноосфере. Под влиянием человека энергия не накапливается, а рассеивается; появление новых трансурановых химических элементов. Это произошло в результате развития современных технологий и ядерной энергетики; освоение околоземного пространства и Солнечной системы.

Научно-техническая революция поспособствовала выходу ноосферы за пределы биосферы. Разрабатываются возможности создания искусственных экосистем на других планетах; переход планеты в новое качественное состояние благодаря образованию ноосферы. Ноосфера становится сферой Солнечной системы.

Природа, окружающая человека — система довольно хрупкая. Не зря философы всех времен пытаются найти ответ на вопрос, кем же выступает человек по отношению к природе: рабом или господином. Оба варианта в некоторой степени допустимы. Несмотря на то, что индустриальная мощь человечества достигла небывалых высот, оно не приобрело независимость от окружающей природы. Даже когда человек изменяет природу, то должен думать о ее возрождении и охране.

Заключение

По результатам выполнения поставленных во введении задач можно сформировать выводы относительно проведенной работы.

Биосфера является глобальной экосистемой, так как обладает всеми свойствами экосистем. Следовательно, биосфере свойственно изменяться. Изменение биосферы под действием человеческой деятельности является необратимым преобразованием биосферы в техносферу. В условиях современного нарушения цепей взаимодействия организмов и среды их обитания (уничтожение связующих в трофических цепях, ареалов и т.д.) наиболее актуальным является тот негативный факт, что нарушение целостности системы из-за разрыва связей снижает ее естественную склонность к равновесию, что губительно для всего живого на планете, обязанного существованием прежде всего равновесному обмену энергией.

Понимая то, что биосфера, как экосистема обладает основным качеством любой системы – существованием взаимовыгодных связей, важно также понимать, что изменение любого компонента биосферы неизбежно оказывает влияние на все остальные, в конце концов на саму главную современную силу изменения биосферы – человека; поэтому так важно для сохранения биосферы знать о её организации и механизме функционирования.

Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено, прежде всего, функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик.

Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на среде жизни, но и на образе мысли. Успешное разрешение выдвинутых в современную эпоху на передний план многообразных глобальных проблем, экологических в том числе, невозможно без обращения к учению В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере.Величие безграничного Космоса, по отношению к которому любая человеческая жизнь представляется величиной бесконечно малой, не укладывается в обыденном человеческом сознании. С появлением человечества стихийное историческое развитие жизни на нашей планете постоянно ставится под всеобщий сознательный контроль человеческого разума: это и есть тот самый процесс, который В.И. Вернадский представлял как превращение биосферы в ноосферу.

Он не оставил законченного учения о ноосфере, отсюда - многочисленные и часто неверные толкования самого понятия. Одни авторы считают, что это планетизированный поток информации, «поддерживающий или изменяющий структуру мира, это постоянно возникающее и развивающееся знание», другие отождествляют ноосферу с техносферой, антропосферой и т.п. При таком понимании ноосферы упускается из виду самое главное в концепции Вернадского - не только роль сознательного в процессе преобразования природы, но и мысль о творческом воздействии человека на окружающую среду.

биосфера экосистема вещество круговорот

Список использованной литературы

Астафьева, О. Е. Экологические основы природопользования: учеб. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 354 с.
Бузаева, М.В., Кобзарь, И.Г., Козлова, В.В. Словарь экологических терминов. - Ульяновск: УлГТУ, 2018. – 264 с.
Воронов А.Г.,Дроздов Н.Н., Криволуцкий Д.А., Мяло Е.Г. – Биогеография с основами экологии. – М.: ИКЦ Академика, 2020. – 408 с.
Еремченко,О.З. Учение о биосфере: учеб. пособие для академического бакалавриата. — 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Юрайт, 2017. — 236 с.
Горохова, С.С. Основы биологии: учеб.пособие / С.С. Горохова, Н.А. Прокопенко, Н.В. Косолапова. — М.: ИЦ Академия, 2017. — 64 c.
Гальперин, М.В. Экологические основы природопользования. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2003. – 256 с.
Коробкин, В.И., Передельский, Л.В. Экология: учебю для вузов. -Ростов-на-Дону: Феникс, 2017. – 602 с.
Казначеев, В.П. Учение Вернадского о биосфере и ноосфере. -Новосибирск: Наука, 2017. – 248 с.
Одум, Ю. – Основы экологии. - М.: Мир. – 1975. – 741 с.
Общая биология: учеб. / Под ред. Константинова В.М. — М.: Academia, 2018. — 704 c.
Реймерс, Н.Ф. Азбука природы: микроэнциклопедия биосферы. – М.: Знание, 2019. – 208 с.
Реймерс, Н.Ф. – Экология: теории, законы, правила принципы и гипотезы. - М.: Россия молодая, 1994. – 367 с.