Зарождение жизни на Земле и причины ее быстрого распространения.

Учение В.И. Вернадского о биосфере.

Основные идеи В.И. Вернадского по проблемам биосферы сложились в начале XX столетия. В 1926 г. ученый опубликовал книгу «Биосфера», в которой изложил свое представление о строении, происхождении биосферы, образовании и роли живого вещества Основной труд Вернадского «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» был опубликован уже после жизни автора.

В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой — это взаимодействие живого и косного вещества. Живое вещество пронизало косное, превратив его в биокосное. Он считал, что в понятие биосферы должны включаться не только совокупность живых организмов, но и оболочки Земли, находящиеся в непрерывном обмене с этими организмами. «Продукты жизнедеятельности относятся к весьма подвижным веществам, которые перемещаются в пространстве далеко за пределы обитания организмов. Поэтому распределение самих живых организмов более ограничено, чем вся биосфера в целом», — писал Вернадский.

Ученый считал, что живые организмы должны рассматриваться в совокупности как живое вещество планеты: «Организмы представляют собой живое вещество, связанное с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием, размножением». Биогенная миграция атомов подчиняется двум биохимическим принципам:

1) стремление к максимальному проявлению («всюдность» жизни);

2) стремление к выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов.

Биологические процессы проявляются в развитии живых организмов, в усвоении солнечной энергии и накоплении свободой энергии в самих телах организмов, в биологической продукции.

В.И.Вернадский дал представление о пяти основных биохимических функциях живых организмов.

Первая функция — газовая. Большинство газов планеты порождено живыми организмами. Подземные, горючие газы, болотный газ (метан) — продукты разложения органических веществ.

Вторая функция — концентрационная. Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. На первом месте стоит углерод. В углях содержание углерода в десятки раз больше, чем в земной коре. В кораллах концентрируются карбонаты, формируется органогенный известняк. Концентраторами кремния являются диатомовые водоросли, иода — водоросли ламинарии, железа и марганца — железобактерии.

Третья функция — окислительно-восстановительная. В процессе своей жизнедеятельности организмы могут регулировать газовый режим среды своего обитания, продуцируя кислород, водород, метан, аммиак и другие газы, являющиеся либо окислителями, либо восстановителями, создавая при этом благоприятные условия для осаждения некоторых химических элементов.

Четвертая функция — биохимическая. Организмы растут, размножаются и перемещаются в пространстве. Размножение приводит к быстрому распространению живых организмов по Земле.

Пятая функция — биохимическая деятельность человечества. Она охватывает все большую часть планеты и приводит к видоизменению всей биосферы.

Зарождение жизни на Земле и причины ее быстрого распространения.

Возникновение жизни и биосферы представляет собой крупнейшую проблему современного естествознания. Очевидно, можно говорить о двух гипотезах — о возникновении (самозарождении) жизни и о появлении жизни из космоса на Земле.

Большинство авторов гипотез о самозарождении жизни на Земле допускали, что в течение продолжительного времени планета была безжизненной и на ее поверхности происходил медленный абиогенный синтез органических веществ. Сложилось мнение, что биологической эволюции предшествовала химическая, охватившая интервал времени не менее 1 млрд лет. Академик А.И.Опарин в своем труде «Возникновение жизни на Земле» писал, что жизнь самозародилась на планете. Органическое вещество образовалось из вулканических газов при разрядах молний. Примитивные организмы сформировались из белковых структур в конце раннего архея, около 3 млрд лет назад. Первые одноклеточные организмы, способные к фотосинтезу, возникли около 2,7 млрд лет назад, а первые многоклеточные — не менее чем на 1 млрд лет позднее.

В условиях отсутствия озонового экрана жизнь могла развиваться только в прибрежных частях морей и внутренних водоемах, на дно которых проникал солнечный свет, но ультрафиолетовое излучение водой задерживалось. Из органических соединений возникали многомолекулярные системы, взаимодействующие со средой. Благодаря эволюции они приобрели свойства живых организмов. Опыт по получению органических веществ из газовой смеси водорода, аммиака, метана был поставлен в 1953 г. американскими учеными Г. Юри и С. Миллером. Ими были получены органические молекулы, входящие в состав белков. По мнению ученых, этот опыт доказывал возможность абиогенного синтеза органического вещества в ранней атмосфере Земли.

Сейчас на первое место вышла космохимическая гипотеза происхождения жизни в пределах Солнечной системы (теория панспермии). Есть данные, свидетельствующие о том, что жизнь существовала на Земле намного раньше, чем 3 млрд лет (по А. И.Опарину). Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого не менее 3,8 млрд лет. Осадкообразование комплекса началось еще раньше, не менее 4 млрд лет назад. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на присутствие биосферы с фотоавтотрофными организмами, следовательно, на существование жизни в то время. Поэтому начало жизни отодвигается либо на 4 млрд лет, либо за пределы этой даты в прошлое. Возможно, что жизнь на Земле существует столько же времени, сколько существует сама наша планета.

Получены данные, указывающие на возможность возникновения жизни в космических условиях. Ученые обнаружили органические соединения в метеоритах, в осколках астероидов. Органическое вещество в метеоритах обнаружил шведский химик И. Берцелиус в 1834 г. при анализе хондритового метеорита Алаис. В органическом веществе метеоритов обнаружены углеводороды, спирты, органические полимеры, выявлено несомненное присутствие аминокислот. Исследования подтвердили, что эти соединения имеют биогенное происхождение (Г.В. Войткевич, В.А. Вронский). Органические соединения были обнаружены и на астероидах. Вероятно, образование органических соединений в Солнечной системе на ранних стадиях ее эволюции было типичным и массовым явлением. Возникшие в космических условиях, органические вещества вошли в состав многих космических тел, и на Земле (единственной известной нам пока планете) реализовались возможности дальнейшей эволюции жизни.

Некоторое время жизнь размещалась по планете «пятнами», «пленка жизни» была прерывистой. В дальнейшем широкому и быстрому распространению жизни на Земле способствовали удивительная приспособляемость организмов к среде, разнообразие видов и поразительные потенциальные возможности размножения. Разнообразие видов живых организмов обеспечило заполнение всех экологических ниш. Микроорганизмы найдены в промерзающих почвах и в воде с температурой 100°С. Некоторые организмы переносят большую концентрацию кислот, другие существуют в щелочной среде. Микроорганизмы обнаружены даже в теплоносителях атомных реакторов.

Скорость размножения некоторых организмов поистине удивительна. Если предположить, что потомство полностью сохраняется, то оказывается, что потомство одной бактерии может за 36 часов заполнить в виде пленки Земной шар, а за 100 ч - заполнить океан. Потомство одного одуванчика способно за 8 дней заселить всю сушу.

37. Биологический круговорот вещества и энергии. В биосфере происходит непрерывный процесс движения и перераспределения вещества. В ней осуществляется массовый перенос твердых, жидких и газообразных тел при различных температурах и давлении. Химические элементы участвуют в большом круговороте, который проходит различные стадии развития от глубинных частей верхней мантии до поверхности самой литосферы. Магматические породы на поверхности Земли подвергаются выветриванию. Продукты выветривания сносятся в моря и океаны, формируя мощную толщу осадочных пород. Они постепенно погружаются на большие глубины и под воздействием высоких температур и давлений преобразуются в метаморфизованные породы. При их переплавлении возникает магма, которая при благоприятных условиях может опять поступить в верхние горизонты земной коры. Учение о крупных геологических циклах было развито В.И.Вернадским, который писал: «Большая часть материи в земной коре находится в непрестанном движении (миграции) и образует обратимые и замкнутые циклы. Они возобновляются на поверхности энергией Солнца, живым веществом, а в глубинах — атомной энергией...» Гранитная оболочка Земли, по мнению Вернадского, есть область «былых биосфер».

В живом веществе Земли преобладает фитомасса (сухая масса животных организмов в 100 раз меньше). Поэтому во многих случаях биологические процессы определяются именно растениями.

 

38. Роль живого вещества в атмосфере, гидросфере, литосфере. Биологический круговорот вместе с другими круговоротами обеспечил взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы, обусловил возникновение уникального образования — географической оболочки Земли. Первичные оболочки в результате взаимодействия претерпели изменения, у них изменился состав, возникли новые свойства.

В.И.Вернадский писал, что «земная газовая атмосфера, наш воздух есть создание жизни». Кислород вместе с другими газами выделялся при дегазации мантии. До широкого распространения растений накопление кислорода происходило медленно, т.к. он расходовался на окисление минералов. Когда в океане получили широкое распространение фотосинтезирующие растения, процесс накопления кислорода ускорился. Считается, что примерно 20 млн лет назад количество кислорода могло приблизиться к современному содержанию. В пределах биосферы происходит обмен кислорода среды с живыми организмами или их остатками после гибели. Растения производят свободный кислород, животные являются его потребителями путем дыхания.

 

Живые организмы принимают деятельное участие в круговороте азота. Усвоить азот высшие растения могут только «фиксированным», т.е. переведенным в доступные для растений соединения. Этот процесс осуществляется азотофиксирующими бактериями, живущими в почве. Источником фиксированного азота в почве являются бобовые растения. Животные потребляют азот, поедая растения. Обратно в атмосферу азот поступает при разложении органического вещества бактериями - денитрификаторами.

Миграция С02 происходит двумя путями. На суше углекислый газ атмосферы поглощается фотосинтезируюшими растениями и может захорониться в виде углей, торфа, горючих сланцев, нефти на тысячи или миллионы лет. В водоемах происходит переход углекислого газа в гидрокарбонаты НСО3 -. Затем с помощью растворенного в воде кальция создаются карбонаты, они осаждаются как биогенным, так и абиогенным путем. Возникают мощные толщи известняков. В пределах суши углекислый газ поглощается днем, когда происходит фотосинтез, и выделяется ночью, при дыхании организмов. В экваториальных широтах, где день и ночь длятся примерно по 12 ч, количество поглощенного и выделенного С02 в течение суток примерно одинаково. В умеренных широтах летом при увеличении светового дня возрастает поглощение углекислоты, зимой, наоборот, возрастает выделение углекислого газа.

Не в меньшей степени, чем атмосфера, связана с деятельностью живого вещества и гидросфера. Количество воды, находящейся одновременно в организмах, может покрыть Землю пленкой толщиной в 1 мм. Организмы непрерывно потребляют и выделяют воду, деятельность организмов определяет газовый и солевой состав вод океана и внутренних водоемов. В воду поступают продукты жизнедеятельности организмов (С02, H2S, 02) и продукты разложения органических остатков (минеральные соединения серы, фосфора, азота). В результате обогащения газами и минеральными соединениями вода становится химически активной, способной растворять горные породы. В анаэробных условиях при разложении органических остатков выделяется сероводород, метан. Очевидно, солевой состав вод океана во многом определяется деятельностью живого вещества. Морские организмы в своих телах концентрируют определенные элементы — карбонаты, кремний, иод и др.

 

Воздействие живого вещества на литосферу очень разнообразно. При участии живых организмов создаются органогенные горные породы — известняки, кремниевые породы (диатомиты, опоки). Органогенными породами являются каустобиолиты (торф, уголь, нефть, газ). К биогенным относятся месторождения на дне океана железомарганцевых конкреций. Бактериальное происхождение имеют железные руды, фосфориты многих месторождений. Особым природным образованием являются почвы. В. В.Докучаев считал, что почвы — это естественно-исторические тела, сформированные в результате взаимодействия органического и минерального вещества. К почвообразующим факторам относятся горные породы, рельеф, живое вещество (растения и животные), вода, воздух. Большое значение имеет время, в течение которого образуются почвы. Деятельность организмов является одним из важнейших факторов почвообразования. Корни растений разрушают породу механически и химически, выделяя органические кислоты. Растения берут из породы воду и минеральные вещества, отдают растительные остатки. Животные разрыхляют породу своими норами и ходами, улучшая таким образом условия проникновения в почву воды и воздуха. Разложение органического вещества осуществляется бактериями, живущими в почве. В результате деятельности организмов в почве накапливается гумус. Гумус образуется только при неполном разложении органического вещества и является главным элементом плодородия почв.

 

39. Техносфера. По определению Р.К. Баландина (1982) техносфера – это область технической деятельности человечества. Ее создание связано с эволюцией биосферы и живых существ, с появлением человека и орудий труда, с социальным прогрессом общества. Человечество в этой сфере становится мощной геологической силой".

Техносфера - это особая оболочка Земли, в которой осуществляется предметно-практическая деятельность человечества. По ее «вине» происходит техногенез - процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности общества. В частности, возникают техногенные экосистемы - экосистемы, возникшие или значительно измененные под влиянием техногенных факторов - вырубки лесные, подтопленные земли, осушенные болота. В геологии техногенез (термин введен А.Е. Ферсманом в 1935 г.) есть геохимическая деятельность промышленности человека, приводящая к концентрации и перегруппировке химических элементов и их соединений в земной коре.

 

Если в биосфере без влияния человека господствовали природные геосистемы (природные территориальные и природные аквальные комплексы), то в техносфере появились природно-техногенные и техногенные системы. В природно-техногенных системах техногенные компоненты изменяют свое состояние в качественном и количественном отношениях, возрастают в масштабах со скоростью, совершенно несоизмеримой с биологическими эволюционными процессами. Именно в этом кроются причины экологического кризиса.

 

Технику и технологию, техносферу в целом некоторые исследователи сравнивают с «джином», выпущенным из бутылки, как вышедшую из-под контроля, переставшую быть «проектируемой» материальную реальность организованность, с независящими от воли человека каналами воздействия на природу.

Несовместимые с жизнью разрушения озонового слоя - это действие загрязнений (особенно фторхлоруглеродов), выброшенных десятилетия тому назад и сосредоточившихся над Антарктидой (эффект криоскопической ловушки, миграции атмосферных загрязнений в наиболее холодные части атмосферы). В период проведения атомных взрывов в атмосфере (1950-е гг.) радиоактивные осадки разносились по всему миру, выпадали в разных частях света и накапливались (по естественным причинам – в соответствии с характером воздушных потоков в атмосфере) в определенных регионах. Есть гипотеза, что появление чумы ХХ века - СПИДа - связано с замещением некоторых элементов в организме человека радиоактивными изотопами и нарушением метаболизма на уровне РНК и ДНК вследствие этого загрязнения.

 

Процессы в техносфере носят автокаталитический характер: совершая небольшое воздействие на систему, мы можем породить цепную реакцию следствий, эффект которых будет совершенно несоизмерим с первоначальным воздействием. Общий результат в техносфере не сводится к сумме отдельных эффектов, а имеет место явление синэргизма. Например, в геохимии существует концепция «химических бомб» замедленного действия.

 

Другими словами, мир техники, встраиваемый в биосферу, целенаправленно создававшийся человечеством как средство преобразования окружающего мира, стал проявлять себя как феномен, подчиняющийся объективным, т.е. не зависящим от воли людей законам. Технологические катастрофы в истории человечества являются ярким примером новых технологий, которыми само человечество еще не научилось правильно управлять или успешно защищать от разрушения силами природы: аварии на АЭС в Чернобыле и Фукусиме. Люди, ставящие определенные практические цели и достигающие их за счет создания искусственного мира техники, не могут предвидеть всех последствий: на современном этапе развития технологий деятельность шире знания, а природа шире деятельности, и человечество расплачивается за это экологическими кризисами и техногенными катаклизмами.

 

40.Ноосфера. В.И.Вернадский считал, что на современном этапе биосфера переходит в ноосферу — сферу разума, когда человек становится могучей созидательной геологической силой.

Ноосфе́ра (греч. Νόος — «разум» и σφαῖρα — «шар») — сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития географической оболочки. Ноосферу можно охарактеризовать как единство «природы» и «культуры».

 

Термин и понятие «ноосфера» были введены в науку французскими учеными — математиком Э. Леруа, философом П. Тейяром де Шарденом и В.И. Вернадским.

Отправной точкой своих исследований и Вернадский, и Тейяр де Шарден считали так называемую цефализацию - процесс увеличения массы головного мозга и, как следствие, эволюционно ускоренное развитие нервной системы человека. Происходит скачок — от инстинкта к мысли, следовательно, эволюция биосферы идет в направлении развития сознания, т.е. формирования ноосферы. Отсюда вывод: нематериальная мысль человека становится геологическим фактором, материально преобразующим планету. Планета обретает некий общепланетарный Мозг, который берет на себя ответственность за ее дальнейшее развитие.

 

Продолжая деятельность живого вещества, человек осуществляет такие химические реакции, которых не было раньше на Земле. Выделяется в чистом виде железо, олово, свинец, алюминий, никель и многие другие химические элементы.

Количество добываемых и выплавляемых человеком металлов достигает колоссальных размеров и возрастает с каждым годом. Еще более значительна добыча горючих полезных ископаемых.

При горении каменного угля и другого топлива идет образование углерода, азота и других продуктов. Это побочные, бессознательно осуществляемые процессы. К числу их относится и развитие некоторых видов микроорганизмов, сопровождающие деятельность человека.

Вернадский настойчиво подчеркивал связь планетных и космических процессов.

 

Вернадский подчеркивал, что возникновение ноосферы как части биосферы есть природное явление, гораздо более глубокое и мощное в своей основе, чем человеческая история

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: