Роль биосферы во взаимодействие космоса и земли. Организация биосферы и ее космические связи

Говоря о взаимодействии человека и природы, мы оперировали в масштабах лишь одной планеты - Земли. Однако разнообразное взаимодействие между космосом, с одной стороны, и живой природой и человеком - с другой, также имеет место.

Благодаря взаимосвязи всего существующего, космос оказывает активное влияние на различные процессы, обусловленные существованием жизни на Земле. В.И. Вернадский, говоря о факторах, влияющих на развитие биосферы, указывал среди прочих и на космическое влияние. Так, очевидно, что без космических светил (в частности, без Солнца) жизнь на Земле просто не могла бы существовать. Живые организмы трансформируют космическое излучение в земную энергию (тепловую, электрическую, химическую, механическую) в масштабах, определяющих границы существования биосферы.

Более радикально относительно роли космоса в появлении жизни на Земле высказывался шведский ученый, лауреат Нобелевской премии С. Аррениус (1859-1927). По его мнению, вполне вероятен занос жизни на Землю из космоса в виде спор или бактерий с помощью космической пыли под воздействием силы солнечного давления. Космическое происхождение жизни не исключал и В.И. Вернадский. В связи с этим интересно упомянуть об одной сенсационной находке ученых. В 1996 г. в Антарктиде был найден метеорит «Мурчессон». В составе метеоритного вещества ученые обнаружили бактерии (аналоги сине-зеленых водорослей), возраст которых составляет 4,6 млрд лет, в то время как возникновение жизни на Земле датируется сроком 3,5 млрд лет.

Влияние космоса на происходящие на Земле процессы (например, влияние Луны на морские приливы и отливы, воздействие солнечных затмений) люди подметили еще в древности. Однако многие века влияние космоса и его связь с Землей оценивались как несущественные, на уровне научных гипотез и догадок или вообще ставились вне рамок науки. Во многом это было обусловлено ограниченными возможностями человека, недостаточностью научной базы и инструментария. В XX в. знания о влиянии космоса на Землю существенно пополнились. В этом есть заслуга и российских ученых, в первую очередь представителей русского космизма , таких, как Н.Ф. Федоров, А.Л. Чижевский, К.Э. Циолковский, В.И. Вернадский и др.

Понять, оценить и выявить масштабы влияния космоса, в первую очередь Солнца, на жизнь и ее проявления во многом удалось русскому исследователю, выдающемуся ученому-энциклопедисту А.Л. Чижевскому (1897-1964). Еще будучи юношей, он одним из первых доказал огромную роль солнечных процессов в жизни Земли. Об этом красноречиво свидетельствуют и названия его работ: «Физические факторы исторического процесса», «Земное эхо солнечных бурь» и др.

В 1915 г. 18-летний А.Л. Чижевский, само- к т забвенно изучавший астрономию, химию и физику, обратил внимание на синхронность обра- Hs j I №. зования солнечных пятен и одновременную

А.Л. Чижевский активизацию боевых действий на фронтах Первой мировой войны. Накопленный и обобщенный статистический материал позволил сделать данное исследование строго научным и доказательным.

Ученые давно обратили внимание на проявления активности Солнца (возникающие пятна, факелы на поверхности, протуберанцы). Эта активность, в свою очередь, оказалась связанной с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства. А.Л. Чижевский, проведя многочисленные научные исследования по астрономии, биологии и истории, пришел к выводу о существенном влиянии Солнца (особенно его активности) на биологические и социальные процессы на Земле .

Смысл концепции А.Л. Чижевского состоял в том, что на богатом фактическом материале доказывалось существование природных и космических ритмов, зависимость биологической и общественной жизни на Земле от пульса космоса. К.Э. Циолковский так оценил труд своего молодого коллеги: «Молодой ученый пытается обнаружить функциональную зависимость между поведением человечества и колебаниями в деятельности Солнца и путем вычислений определить ритм, циклы и периоды этих изменений и колебаний, создавая, таким образом, новую сферу человеческого знания. Все эти широкие обобщения и смелые мысли высказываются Чижевским впервые, что придает им большую ценность и возбуждает интерес. Этот труд является примером слияния различных наук воедино на монистической почве физико-математического анализа» 1 .

Лишь через много лет высказанные А.Л. Чижевским мысли и сделанные выводы о влиянии Солнца на земные процессы были подтверждены на практике.

Многочисленные наблюдения показали неоспоримую зависимость массовых всплесков нервно-психических и сердечно-сосудистых заболеваний у людей от периодических циклов активности Солнца. Прогнозы так называемых «неблагоприятных дней» для здоровья - обычное дело в наши дни. Однако мало кто знает, что впервые открыл существование этих циклов и доказал их влияние на людей наш соотечественник А.Л. Чижевский.

Интересна мысль Чижевского о том, что магнитные возмущения на Солнце в силу единства человека и космоса могут серьезно сказываться на проблеме здоровья руководителей государств. Ведь во главе правительств многих стран стоят немолодые люди. Существующие на Земле и в космосе ритмы, конечно же, влияют и на их здоровье и самочувствие. Особенно это опасно в условиях тоталитарных, диктаторских режимов. А если во главе государства стоят аморальные или психически ущербные личности, то их патологические реакции на космические возмущения могут привести к непредсказуемым и трагическим последствиям как для народов своих стран, так и для всего человечества, тем более в условиях, когда многие страны обладают мощным оружием массового уничтожения.

Особое место занимает утверждение Чижевского о том, что Солнце влияет не только на биологические, но и на социальные процессы на Земле. Социальные конфликты, постоянно происходящие на Земле (войны, бунты, революции), по убеждению А.Л. Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью нашего светила. По его расчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе (примерно 5%). Во время же пика активности Солнца их число достигает 60%.

Многие идеи А.Л. Чижевского нашли применение в области космических и биологических наук. Они подтверждают неразрывное единство человека и космоса, указывают на их тесное взаимное влияние.

Оригинальными были космические идеи первого представителя русского космизма Н.Ф. Федорова (1829-1903). Он возлагал очень большие надежды на будущее развитие науки. Именно наука, по мнению мыслителя, поможет человеку сначала существенно продлить его жизнь, а в перспективе - сделать бессмертным. Расселение людей на другие планеты из-за будущего перенаселения станет необходимой реальностью. Космос для Федорова - бескрайнее поле для человеческой деятельности. Н.Ф. Федоров в середине XIX в. предлагал свой вариант перемещения людей в космическом пространстве. По мнению мыслителя, для этого нужно будет овладеть электромагнитной энергией земного шара. Это позволит регулировать его движение в мировом пространстве и превратит Землю в космический корабль («земноход») для полетов в космос. В перспективе, по замыслам Федорова, человек объединит все миры и станет «планетоводом». В этом особенно тесно проявится единство человека и космоса.

Идеи Н.Ф. Федорова о расселении людей на другие планеты активно развивал гениальный ученый, основоположник теории ракетостроения К.Э. Циолковский (1857-1935). Ему принадлежит также ряд оригинальных философских идей. Жизнь, по Циолковскому, вечна. «После каждой смерти получается одно и то же - рассеяние... Мы всегда жили и всегда будем жить, но каждый раз в новой форме и, разумеется, без памяти о прошлом... Кусочек материи подвержен бесчисленному ряду жизней, хотя и разделенных громадными промежутками времени...» 1 . Здесь мыслитель весьма близок к индус - К.Э. Циолковский ским учениям о переселении душ и к идеям Демокрита.

На основании этой диалектической в своей основе идеи о всеобщности жизни, везде и всегда существующей посредством перемещающихся и вечно живых атомов, Циолковский пытается построить целостный каркас своей «космической философии».

Ученый был убежден, что жизнь и разум на Земле не являются единственными во Вселенной. В качестве доказательства этого утверждения он считает достаточным того обстоятельства, что Вселенная безгранична. Иначе «какой бы смысл имела Вселенная, если бы не была заполнена органическим, разумным, чувствующим миром?» На основании относительной, по сравнению с другими планетами, молодости Земли им делается вывод о том, что на других, «старших планетах жизнь гораздо более совершенна» . Более того, она активно влияет на другие уровни жизни, включая земную.

В своей философской этике К.Э. Циолковский сугубо рационалистичен и последователен. Возводя в абсолют идею постоянного совершенствования материи, он видит этот процесс следующим образом. Не имеющее границ космическое пространство, по мнению мыслителя, населено разумными существами различного уровня развития. Есть планеты, которые по развитию разума и могуществу достигли высшей степени и опередили все другие планеты. «Совершенные» существа, пройдя все муки эволюции, зная свое печальное прошлое и былое несовершенство, обладают моральным правом регулировать жизнь на других, более примитивных планетах, в том числе избавлять их население от мук развития.

Технологию этой «гуманитарной» помощи Циолковский представляет следующим образом. «Совершенный мир» берет все заботы на себя. На других, более низких по уровню развития планетах им поддерживается и поощряется «только хорошее». «Всякое уклонение ко злу или страданиям тщательно исправляется. Каким путем? Да путем подбора: плохое, или уклонившееся к дурному, оставляется без потомства... Могущество совершенных проникает на все планеты, на все возможные места жизни и всюду. Эти места заселяются их собственным зрелым родом. Не подобно ли это тому, как огородник уничтожает на своей земле все негодные растения и оставляет только самые лучшие овощи!.. Если и вмешательство не помогает, и ничего, кроме страданий, не предвидится, то и весь живой мир безболезненно уничтожается...» .

К счастью, люди с планеты Земля, попадают, по Циолковскому, в разряд «подающих надежду» приблизиться в перспективе в своем развитии к совершенным существам Вселенной. Поэтому им не грозит селекционная работа космического разума в виде уничтожения (избавления от мук).

К.Э. Циолковский наиболее глубоко из современников изучал и освещал философские проблемы освоения космоса. Он полагал, что Земле во Вселенной принадлежит особая роль. Она относится к более поздним планетам, «подающим надежду». Лишь небольшому числу таких планет будет дано право на самостоятельное развитие и мучения.

В ходе эволюции со временем будет образован союз всех разумных высших существ космоса: сначала - в виде союза населяющих ближайшие солнца, затем союза союзов и так далее, до бесконечности, поскольку бесконечна сама Вселенная.

Нравственная, космическая задача Земли - внести свой вклад в совершенствование Космоса. Оправдать свое высокое предназначение в деле совершенствования мира люди смогут, лишь покинув Землю и выйдя в космос. Поэтому Циолковский видит свою личную задачу в помощи людям по организации переселения на другие планеты и расселения их по всей Вселенной. Он подчеркивал, что суть его космической философии заключается «в переселении с

Земли и в заселении Космоса». Именно поэтому изобретение ракеты для Циолковского было отнюдь не самоцелью (как полагают некоторые, видя в нем только ученого-ракетостроителя), а лишь способом проникновения в глубины космоса.

Ученый полагал, что многие миллионы лет постепенно усовершенствуют природу человека и его общественную организацию. В ходе эволюции человеческий организм претерпит существенные изменения, которые превратят человека, по существу, в разумное «животное-растение», способное искусственно перерабатывать солнечную энергию. Тем самым будет достигнут полный простор его воли и независимости от среды обитания. В конце концов, человечество сможет эксплуатировать для своей нужды и пользы все околосолнечное пространство и солнечную энергию. А со временем земное население расселится по всему околосолнечному пространству.

Идеи К.Э. Циолковского о единстве разнообразных миров Космоса, его постоянном совершенствовании, включая и самого человека, идея выхода человечества в Космос - все они носят важный мировоззренческий и гуманистический смысл.

Вслед за футуристическими размышлениями К.Э. Циолковского сегодня возникают уже практические проблемы влияния жизни и человека на космос. Так, в связи с регулярными космическими полетами есть вероятность непреднамеренного заноса в космос, в частности на другие планеты, живых организмов. Известно, что ряд земных бактерий способны подолгу выдерживать экстремальные температурные, радиационные и иные условия существования. Температурная амплитуда существования у некоторых видов одноклеточных достигает 600°С. Как они себя могут повести в иной, неземной, среде и какими окажутся последствия для космоса, предсказать невозможно.

Человек все более активно начинает использовать космос как средство для решения конкретных технологических задач, будь то выращивание редких кристаллов, проведение сварки и т.д. Космические спутники получили признание как средство сбора и передачи разнообразной информации.

• Чижевский А.Л. Физические факторы исторического процесса. - Калуга, 1924(репринт, изд. 1994).
• Циолковский К.Э. Грезы о Земле и небе. - Тула: Приокское книжное изд-во,1986. - С. 380, 381.
• Там же. С. 378, 379.
• Циолковский К.Э. Указ. соч. С. 378, 379.

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты, в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли в целом определяет климат на планете, а климат, в свою очередь - жизненные циклы существующих на ней организмов. Основным источником всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете является Солнце. Среди космических факторов особенно серьезное влияние на биосферу оказывают природно-радиационный фон и магнитные поля.

Природно-радиационный фон слагается из трех компонентов:

• ? природные радионуклиды (уран, торий);
• ? продукты их радиоактивного распада, которые находятся во всех элементах земной коры, в почве, в воде, атмосфере и поглощаются всеми живыми организмами;
• ? высокоэнергетические излучения, попадающие на Землю из космического пространства в виде потока фонового излучения.

Вопреки страхам людей перед радиоактивностью оказывается, что без природно-радиационного фона нормальное существование живых организмов невозможно. Это следы эпохи возникновения и первоначального существования жизни, когда более высокий уровень радиоактивности служил дополнительным источником энергии первым организмам.

Биосфера также погружена в океан электромагнитных полей космического, земного и биогенного происхождения. Практически все процессы жизнедеятельности связаны с электромагнитными полями, диапазон которых лежит в широком интервале длин волн. Многие фундаментальные биологические процессы невозможны без переноса электрических зарядов, вызывающих магнитное поле, поэтому любой организм представляет собой генератор электромагнитных сигналов.

Электромагнитный фон биосферы является эволюционным фактором, который влияет на биологические ритмы. Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу и все пространство в ней. В этом потоке разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое оказывает постоянное действие на все земные явления.

Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII в. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на зависимость урожаев пшеницы от числа солнечных пятен. В конце XIX века профессор Одесского университета Ф.Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, повторяя цикличность солнечной активности. Но лишь в XX в. удалось понять, что солнечная активность связана с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства. Установил этот факт А.Л. Чижевский, который обобщил опыт предшественников и подвел под эти эмпирические данные твердую научную базу. Он считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле. Когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны (это характерно для периодов активного Солнца), на нашей планете разражаются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы - возбудители различных болезней. Подобное заключение было сделано после наложения друг на друга графиков солнечной активности и активности биосферы.

Рассматривая вопрос о происхождении жизни на Земле, мы кратко упомянули о биосфере, живом веществе и его биогеохимических функциях, открытых В.И. Вернадским. Настоящая тема предполагает более обстоятельное изучение этих вопросов.

На протяжении многих сотен человеческих поколений взаимодействие человека с окружающей средой заметных изменений в биосфере не вызывало, но все это время шло накопление знаний и сил. Постепенно, используя свое интеллектуальное превосходство над остальными представителями животного мира, человек охватил своей деятельностью всю верхнюю оболочку планеты - всю биосферу. Эта деятельность привела к приручению животных, к выведению культурных растений. Человек стал менять окружающий его мир и создавать для себя новую, не существовавшую никогда на планете живую природу.

Под влиянием человеческого труда с момента появления человечества начался и в нарастающем темпе продолжает происходить процесс видоизменения биосферы и ее переход в новое качественное состояние. Естествознанию известны более ранние переходы биосферы в качественно новые состояния, сопровождавшиеся почти полной ее перестройкой. Но данный переход представляет собой нечто особенное, ни с чем не сравнимое явление.

В системе современного научного мировоззрения понятие биосферы занимает ключевое место во многих науках. Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем В.И. Вернадского, хотя и имеет довольно длинную предысторию, начавшуюся с книги Ж.-Б. Ламарка «Гидрогеология» (1802), в которой содержится одно из первых обоснований идеи о влиянии живых организмов на геологические процессы. Затем был грандиозный многотомный труд А. Гумбольдта «Космос» (первая книга вышла в 1845 году), в котором было собрано множество фактов, подтверждающих тезис о взаимодействии живых организмов с теми земными оболочками, в которые они проникают. Сам термин «биосфера» был впервые введен в науку немецким геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом, подразумевавшим под ней самостоятельную, пересекающуюся с другими сферу, в которой на Земле существует жизнь. Он дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли.

Но о геологической роли биосферы, о ее зависимости от планетарных факторов Земли пока не было сказано ничего. Впервые идею о геологических функциях живого вещества, представление о совокупности всего органического мира в виде единого нераздельного целого высказал В.И. Вернадский. Его концепция складывалась постепенно, от первой студенческой работы «Об изменении почвы степей грызунами» (1884) к «Живому веществу» (рукопись рубежа 20-х годов), «Биосфере» (1926), «Биогеохимическим очеркам» (1940), а также «Химическому строению биосферы Земли» и «Философским мыслям натуралиста», над которыми он работал в последние десятилетия своей жизни - теоретический итог творчества ученого и мыслителя.

Введя понятие живого вещества как совокупности всех живых организмов планеты, в том числе и человека, Вернадский тем самым вышел на качественно новый уровень анализа жизни и живого - биосферный. Это дало возможность понимать жизнь как могучую геологическую силу на шей планеты, действенно формирующую сам облик Земли. В функциональном плане живое вещество становилось тем звеном, которое соединяло историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества, источниках энергии для этого.

Геологическая роль живого вещества основана на его геохимических функциях, которые современная наука классифицирует по пяти категориям: энергетическая, концентрационная, деструктивная, средообразующая, транспортная. Они основаны на том, что живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают грандиознейшее планетное явление -миграцию химических элементов в биосфере. Это предопределило решающую роль живого вещества и биосферы в становлении современного облика Земли - ее атмосферы, гидросферы, литосферы.

Такие грандиозные преобразования геосферы требуют гигантских затрат энергии. Источником ее является биогеохимическая энергия живого вещества биосферы, открытая Вернадским.

Биосфера - это живое вещество планеты и преобразованное им косное вещество (образованное без участия жизни). Таким образом, это не биологическое, геологическое или географическое понятие. Это фундаментальное понятие биогеохимии, один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства, сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20 - 22 км над земной поверхностью, а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8 - 11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2 - 3 км. Но эта тончайшая пленка покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете (включая пустыни и ледяные пространства Арктики и Антарктики), где бы не было жизни. Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Самое большое его количество расположено в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. По мере углубления в земную кору, океан, выше в атмосферу - количество живого вещества уменьшается, но нет резкой границы между биосферой и окружающими ее земными оболочками. И прежде всего нет такой границы в атмосфере, которая делала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энергии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Перерабатывая эту энергию, живое вещество преобразует нашу планету. Само образование биосферы, в том числе и происхождение жизни на Земле, является результатом действия этих космических сил, важнейшего фактора функционирования биосферы.

Космические излучения и прежде всего энергия Солнца оказывают постоянное действие на все явления на Земле. Основатель гелиобиологии А.Л. Чижевский особенно много занимался изучением солнечно-земных связей. Он отмечал, что самые разнообразные и разнохарактерные явления на Земле -и химические превращения земной коры, и динамика самой планеты и составляющих ее частей, атмо-, гидро- и литосферы,- протекают под непосредственным воздействием Солнца. Солнце является основным (наряду с космическим излучением и энергией радиоактивного распада в недрах Земли) источником энергии, причиной всего на Земле - от легкого ветерка и произрастания растений до смерчей и ураганов и умственной деятельности человека.

Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII веке. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на связь между урожаями пшеницы и числом солнечных пятен. В конце XIX века профессор Одесского университета Ф.Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, как бы повторяя цикличность солнечной активности.

Обобщив опыт предшественников, А.Л. Чижевский подвел под эти эмпирические данные твердую научную базу. Он считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле; когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны, на нашей планете разражаются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы - возбудители различных болезней.

Особый интерес представляет утверждение Чижевского, что Солнце существенно влияет не только на биологические, но и на социальные процессы на Земле. Социальные конфликты (войны, бунты, революции), по убеждению Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью нашего светила. По его подсчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе (примерно 5%). Во время же пика активности Солнца их число достигает 60%. Эти выводы Чижевского лишь подтверждают неразрывное единство человека и космоса, указывают на их тесное взаимовлияние.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат на тему: «Космос и Биосфера Земли»

По дисциплине: «КОНЦЕПЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

Выполнил: _________________

____________________________

Проверил:____________________

_____________________________

КЕМЕРОВО 2004г

1. К ОСМОС И БИОСФЕРА ЗЕМЛИ

1.1. Общие фундаментальные принципы и закон ы......…… …..3стр

1.2 Связь жизни на Земле с физическими условиями. Про исхождение жизни……………………………………. …5стр

1.3. Влияние Солнца на экологические процессы Земли . … … ….8стр

1.4. Земля…………………………………… . …………………… …9стр

1.5 . Би осфера Земли……………………………………………… ...10стр

1.6. .Причины и характер загрязнения биосферы….. …………13стр

Список используемой литературы …………….. …………………1 7 стр

1 . КОСМОС И БИОСФЕРА ЗЕМЛИ.

1.1. Общие фундаментальные принципы и законы

Чтобы понять законы экологии и представить себе возможные последствия неудачного сосуществования человека с природой, необходимо понять, что такое жизнь, как она возникла, какова ее цель, есть ли общие принципы и законы Космоса, в частности, в отношении к жизни.

Несколько слов об общих принципах и законах мироздания. Физике известно большое число полей: акустические, аэродинами-ческие, гравитационные, ионные, радиационные, температурные, электромагнитные и т.д. Современные данные свидетельствуют о том, что все физические поля имеют единую электродинамическую природу. С более общих, естественнонаучных, позиций учения В.И. Вернадского можно говорить о единстве живой и неживой природы, о едином поле, связывающем в общее целое исключи-тельно мелкие объекты (микромир), чрезвычайно крупные (Все-ленную) и наиболее сложные (жизнь).

В микромире в роли фундаментальных частиц Мироздания выступают: «нейтрино», электрон, протон, а также биологическая клетка. В природе сохраняются и квантуются следующие величи-ны: энергия, импульс, угловой момент, электрический заряд, жизнь.

Для нас Вселенная в ранговой последовательности - это пла-неты Солнечной системы, звезды, рассеянные скопления, межга-лактическое пространство, галактики. Процессы в микромире измеряются секундами, процессы во Вселенной (например, эво-люция галактики) - десятками и сотнями миллиардов лет. Но физические процессы в этих системах одинаковы. Существуют три основополагающих принципа Вселенной Первый космологический принцип утверждает, что Вселенная пространственно однородна и изотропна.

Второй космологический принцип Джордано Бруно гласит: характеризующие Вселенную константы (например, радиус гра-витационного взаимодействия, средняя плотность вещества) не зависят от времени.

Третий принцип актуализма Лайеля утверждает, что законы природы не меняются с ходом времени.

Как определенный постулат следует рассматривать утвержде-ние: всякое взаимодействие имеет материальный носитель физи-ческих взаимодействий.

Другой фундаментальный принцип Мироздания - закон со-хранения энергии (первое начало термодинамики).

Как следствие второго закона термодинамики еще один важ-ный постулат: изолированных систем не существует.

Аналогию между взаимодействием в физическом мире и жи-вой природе (это деление условно, но, как увидим далее, принци-пиально) можно проследить на примере знаменитых экологиче-ских законов Б. Коммонера:

* ничто не дается даром (принцип сохранения);

* все должно куда-то деваться (принцип сохранения);

* все связано со всем (отсутствие изолированных систем);

* природа знает лучше (первенство природы).

В биологии наблюдается способность живых систем реагировать на изменения внешних и внутренних условий и динамически возоб-новлять структуру, электрохимический состав, свойства (явления гомеостаза). В масштабах пространства и времени существует рав-новесие между процессами прироста и убыли жизненных сил.

Знаменитый немецкий биолог Вирхов обосновал фундамен-тальное положение биологии: каждая клетка - из клетки. Про-странственная классификация в биологии - это деление живых существ на одноклеточные и многоклеточные организмы, каждая клетка появляется в результате деления материнской клетки на две. Для своей жизнедеятельности организмы используют вещество, энергию, информацию (как наследственную, так и получае-мую в течение их жизни).

Жизнь в самом упрощенном виде можно рассматривать как процесс воспроизводства частиц-клеток. Господствующим прин-ципом в биологии является принцип Пастера-Реди - живое от живого. Ни одна попытка «саморождения» биологической клетки не увенчалась успехом.

1.2. Связь жизни на Земле с физическими условиями. Происхождение жизни

Жизнь на Земле однотипна в том смысле, что генетический код любого организма, любого биологического вида состоит из сходных органических соединений. Несмотря на это сходство, жизнь на Земле удивительно разнообразна. Ученым известно се-годня около 2 млн биологических видов, из них 20% - растения, 80% - животные.

В живых системах осуществляется динамическое управление, связанное с процессами получения и использования информации об окружающей и внутренней среде, сохранения и передачи ин-формации. В этом принципиальное отличие живых систем от ки-бернетических аналогов. Первые обладают генетической инфор-мацией, дошедшей из бесконечного прошлого и обращенной в бесконечное будущее, рассчитанной на вечную жизнь в вечной Вселенной. Вторые не обладают ни извечной целью, ни генетиче-ской информацией. Жизнь таким образом нельзя ни понять, ни описать в рамках чисто физических представлений.

Но при универсальности генетического кода разнообразие жизни на Земле связано с разнообразием физических условий, в которых жизнь существует (температура, давление и др.). На многие процессы в живой природе действуют такие физические условия, как вращение Земли вокруг своей оси, обращение Зем-ли вокруг Солнца, циклы солнечной активности. Последнее от-крытие принадлежит нашему выдающемуся соотечественнику А.Л. Чижевскому: например, в XX в. максимумы солнечной ак-тивности наблюдались в 1905, 1917, 1928, 1937, 1989-1991 гг. Факторами изменчивости живых организмов являются мутации, вызванные радиацией, химическими и температурными воздей-ствиями на клетки, несущие генетическую информацию. Подав-ляющее большинство мутаций губительно действует на орга-низм.

Принято считать, что жизнь на Земле возникла в результате благоприятного стечения обстоятельств. Сегодня преобладает точка зрения, что жизнь - явление не земное, а космическое. Эту мысль еще в XVII в. высказал известный голландский ученый Христиан Гюйгенс: «Жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи». Говоря о космическом явле-нии, не надо думать (как это очень часто представлялось), что жизнь в виде зародышей занесена из Космоса. Вопрос значительно глубже. Возможно, что зародыши жизни, ее потенциал, ее носите-ли, возможности ее возникновения содержатся в некой субстан-ции, пронизывающей Вселенную. В той части Вселенной, где имеются необходимые физико-химические условия, жизнь вспы-хивает, как костер из сухих веток. Но эта субстанция, содержащая программу жизни, едина для всей Вселенной.

Мы привыкли считать, что жизнь как-то развивалась от про-стейшего к сложному. Но сценарий возникновения жизни был другой. Эта мысль содержится в блестящих работах В.И. Вернад-ского. Он писал: «Неизбежно допустить, что, может быть, и менее сложная в основных чертах, чем теперешняя, но все же очень сложная жизненная среда сразу создалась на нашей планете как нечто целое в догеологический ее период. Создался целый мо-нолит жизни (жизненная среда), а не отдельный вид животных организмов, к какому нас ложно приводит экстраполяция, исхо-дящая из эволюционного процесса». Он здесь же добавляет очень знаменательное: «...все живое представляет неразрывное целое, закономерно связанное не только между собой, но и с ок-ружающей средой биосферы. Но наши современные знания не-достаточны для получения яркой единой картины. Это дело бу-дущего...».

Мы не должны искать начало жизни во Вселенной, как не ищем начала энергии или материи. Вместе с принципом Пастера-Реди В.И. Вернадский добавил очень важный принцип неиз-менности жизни: «Жизнь остается в главных своих чертах в тече-ние геологического времени постоянной, меняется только ее фор-ма...Само живое вещество не является случайным созданием... Мы начинаем видеть в биосфере не единичное планетное или земное явление, а проявление строения атомов и их положения в космо-се, их изменения в космической истории».

Таким образом, В.И. Вернадский, как и многие другие ученые, высказывает мысль, что Земля - не единственный очаг жизни во Вселенной. По мнению известного ученого В.И. Шкловского, ко-торый посвятил свои исследования поиску жизни во Вселенной, возможное число очагов жизни в нашей Галактике составляет

N 1 =10 5±5 .

Пока обнаружить другие цивилизации, другую жизнь не удает-ся. Но существование единственного очага жизни противоречит первому космологическому принципу. Существование жизни лишь на определенном временном отрезке, «этапе развития» Все-ленной (на Земле) противоречит второму космологическому прин-ципу. Имеются шансы встречи с высокоразвитой цивилизацией.

А как же с будущим человека, с жизнью на Земле? Человек всего лишь один из 2 млн видов животных организмов на Земле, а жизнь на Земле - всего лишь жизнь на одном из миллиардов оби-таемых миров.

Гибель человека на Земле и даже гибель жизни в результате экологической катастрофы не противоречит ни одному из выска-занных ранее глубоких научных принципов.

1. 3. Влияние Солнца на экологические процессы Земли.

Из всех элементов электромагнитного излучения для биосфе-ры наиболее опасно ультрафиолетовое излучение, поскольку, воздействуя на живое на Земле, подвергает его опасности унич-тожения. Биологическое действие ультрафиолетового излучения, обусловленное химическими изменениями поглощающих его мо-лекул нуклеиновых кислот и белков, выражается в нарушениях деления, возникновении мутаций и гибели клеток. Задерживается ультрафиолетовое излучение слоем озона. В стратосфере озон (трехатомный кислород) образуется из кислорода. Распределение озона над поверхностью Земли неравномерно. Озон разрушается окислами азота, образующимися в камерах сгорания твердотоп-ливных ракет (ТРД), а также фреонами, которые в стратосфере выделяют активный хлор, вступающий в реакцию с озоном. Вы-ведение каждой тонны груза ракеты сопровождается потерями 8 млн т озона.

Кроме волнового излучения на Землю поступает корпуску-лярное (корпускула - частица) излучение Солнца. Если электро-магнитное излучение стабильно, то корпускулярное излучение очень изменчиво, его энергия меньше электромагнитного. Но от корпускулярного излучения сильно зависят процессы в биосфере. Энергия этих частиц возрастает с увеличением площади пятен на Солнце. Количество солнечных пятен меняется циклически, длина цикла 11 лет.

Хроники сообщают, что, когда на Солнце были видны огром-ные пятна, на Земле происходили колоссальные катастрофы: засухи, землетрясения, извержения вулканов и другие бедствия. Они сопровождались гигантскими эпидемиями и пандемиями, уносящими сотни тысяч жизней. Солнечные пятна являются фе-номеном, влияющим на биосферу Земли

Земля защищена от воздействия корпускулярной радиации своим электромагнитным полем. Если у планеты нет электро-магнитного поля, то существование атмосферы и жизни там не-возможно. Магнитное поле защищает биосферу Земли от пото-ков заряженных частиц, т.е. корпускулярной радиации. Если бы радиация достигла бы поверхности Земли, то она разложила бы все атомы и молекулы атмосферы на ионы и электроны, т.е. уничтожила бы ее. В экологическом плане для существования биосферы магнитное поле Земли довольно стабильно и неиз-менно.

Важнейшим физико-биологическим процессом на Земле, поддерживающим живое, является фотосинтез - превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими организмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей орга-нических веществ. Световая энергия, поглощаемая зеленым пигментом (хлорофиллом) растений, поддерживает процесс их углеродного питания. В процессе фотосинтеза растения по-глощают углекислый газ и выделяют кислород, а также погло-щают тепло. Реакции, в которых поглощается световая энер-гия, называются эндотермическими (эндо - внутрь). Энергия Солнечного света аккумулируется в форме энергии химических Связей. Благодаря процессу фотосинтеза на Земле ежегодно обра-1устся 150 млрд т органического вещества, усваивается 300 млрд т углекислого газа (СО 2) и выделяется около 200 млрд т свобод-ного кислорода.

Слово «экология» образовано от греческого «оiкоs» - дом. Экология - наука о доме. Наш дом - Земля, и стенами его явля-ется, образно говоря, электромагнитное поле Земли, потолком атмосфера, крышей - озоновый слой.

1. 4. Земля

Существует представление о том, что Земля состоит из ядра, мантии и коры, которые характеризуются различными мощностями, физическими свойствами пород, энергетическим и тепловым режимами, петрохимическим составом вещества и т.д.

Геофизические данные по-казывают, что ядро Земли со-стоит из железа или из железа и никеля. Температура в центре составляет порядка 10 000 К, плотность 15 г/см 3 , давление 4-10 5 дин/см 2 . При таких усло-виях должны происходить ре-акции ядерного синтеза тяже-лых элементов из железа и ни-келя. В течение миллиардов лет метеоритное железо проходит путь от поверхности Земли к ядру, а тяжелые элементы и продукты их распада - от ядра к поверхности Земли, форми-руя твердую, жидкую и газовую оболочки планеты, влияя на характеристики мантии. В про-цессах образования оболочек активно участвуют живые су-щества, которые вместе с не-живой компонентой образуют биосферу Земли. По-видимому, часть вещества мантии также об-разовалась в результате распада тяжелых радиоактивных элемен-тов. Современные определения возраста Земли дают около 5 млрд лет, но это значение можно рассматривать только как минималь-ную оценку.

1. 5. Биосфера Земли

Биосфера, по определению В. И. Вернадского, - наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios -жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40...50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25...30 км, до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океа-ны) и верхнюю часть земной коры - литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещест-во (растения, животные и микроорганизмы); биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные жи-выми организмами на протяжении геологической истории - ка-менный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные поро-ды неорганического происхождения и вода); биокосное вещество (продукт синтеза живого и неживого, т. е. осадочные породы, почвы, илы).

Отличительная и определяющая особенность биосферы со-стоит в ее целостности и населенности жизнью. Живое вещество Земли представляет собой самую мощную силу в биосфере, мате-риально и энергетически определяющую ее функции. В результа-те непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества изменяются как насе-ляющие биосферу организмы, так и среда, в которой они живут. Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Эта мно-госторонняя и разнообразная связь определяет биосферу как гигантскую экологическую систему, в которой человек является, с одной стороны, биологической частицей всей системы, а с другой -активным ее преобразователем.

Неуправляемо возрастающая техническая и энергетическая вооруженность человека отрицательно влияет на сбалансирован-ность процессов в биосфере. Поэтому сегодня глобальной задачей человечества является определение и осуществление допустимых пределов воздействия на биосферу в целях предотвращения эко-логической катастрофы.

Представление о жизни как о сплошной «пленке» живого ве-щества, покрывающего Землю, сформировал в XVIII в. Ламарк, а в 1920-х годах советский биохимик В.И. Вернадский предложил научное обоснование биосферы. Он доказал, что все три оболоч-ки Земли связаны с живым веществом, которое непрерывно воз-действует на неживую природу.

Биосфера - гигантская экологическая система, в которой че-ловек выступает и как ее частица и как ее преобразователь. Ко-нечная цель человека - управление всеми процессами в биосфе-ре, преобразование ее в ноосферу - сферу разума.

Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ исполь-зования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электри-ческую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеи-вают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, извест-няк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воз-действием жизни.

Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рас-сматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Другая особенность живых организмов - это их способность к самовоспроизведению. Итак, к особенностям функционирования живых существ относятся:

* способность к самовоспроизведению;

* способность образования полимерных оболочек, ограж-дающих живое вещество от косной среды;

* способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормаль-ных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.

В заключение остановимся на эволюции биосферы - самой большой экосистемы Земли. На первом этапе (примерно 3 млрд лет тому назад) происходило образование органического вещест-ва в результате синтеза в абиотических процессах. Атмосфера Земли состояла из водорода, азота, окиси углерода, метана; со-держала вредный для жизни хлор и пр., не содержала кислорода. Ультрафиолетовое излучение (озона тогда не было) вызвало хи-мическую реакцию, в результате которой появились аминокисло-ты - сложные молекулы органических веществ. Сформировались анаэробные организмы, которые находились под водой.

За счет их деятельности через миллиард лет появился кисло-род, который частично превратился в озон и защитил Землю от ультрафиолетового излучения. Вероятно, жизнь, меняя только форму, сама создала для себя необходимые условия (в частности, наличие кислорода). Биосфе-ра представляет собой единый организм. В жизни природы, в Космосе не человек является главной целью мироздания. В мире нет человека и природы, нет человека и Космоса, человека и Все-ленной. Есть природа, Космос, Вселенная, а человек - только их маленькая частица, единственная возможность для человека вы-жить - это подчиняться законам Вселенной. Как писал знамени-тый английский философ XVII в. Фрэнсис Бэкон, «Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей». В этом предна-значение человека XXI в.

1. 6. Причины и характер загрязнения биосферы

Загрязнение биосферы - одна из древнейших проблем чело-веческой цивилизации.

Опасность для биосферы состоит в следующем:

* использование человеком преимущественно внутренних по отношению к биосфере источников энергии (органическое топ-ливо);

* использование нерациональных хозяйственных циклов, приводящих к появлению отходов;

* использование вредных для природы синтетических ве-ществ;

* уничтожение человеком структурного многообразия био-сферы, что разрушает экосистемы.

Появление новых болезней - реакция биосферы на вмеша-тельство человека.

По характеру возникновения загрязнения подразделяют на ес-тественные и антропогенные. Естественные загрязнения возни-кают в результате природных, как правило, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана, селевой по-ток и т.п.), вне всякого влияния человека на эти процессы, ан-тропогенные - в результате хозяйственной деятельности человека. Интенсивность антропогенных загрязнений непосредственно связана с ростом численности населения земного шара и в пер-вую очередь с развитием крупных промышленных центров.

Антропогенные загрязнения подразделяются на промыш-ленные, сельскохозяйственные и военные. Промышленные за-грязнения вызываются отдельно взятым предприятием или их совокупностью, а также транспортом. Сельскохозяйственные за-грязнения обусловлены применением пестицидов, дефолиантов и других агентов, внесением удобрений в количествах, не усваи-ваемых культурными растениями, сбросом отходов животновод-ства и другими действиями, связанными с сельскохозяйствен-ным производством. Военные загрязнения возникают в результате работы предприятий военной промышленности, транспортиров-ки военных материалов и оборудования, испытания образцов оружия, функционирования военных объектов и всего комплекса военных средств в случае ведения военных действий. Последст-вия войны с применением атомного оружия могут привести к апокалипсису - «ядерной зиме».

Загрязнение атмосферы - привнесение в воздух или образова-ние в нем химическими веществами или организмами физиче-ских агентов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям, а также образо-вание антропогенных физических полей.

Загрязнение гидросферы - поступление в воду загрязнителей в количествах и концентрациях, способных нарушить нормальные условия среды в значительных по размерам водных объектах.

Загрязнение почвы - привнесение и возникновение в почве но-вых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов, которые меняют ход почвообразователь-ного процесса (тормозят его), резко снижают урожайность, вызы-вают накопление загрязнителей в растениях (например, тяжелых металлов), из которых эти загрязнения прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека.

Загрязнение космического пространства - общее засорение околоземного и ближнего космического пространства космиче-скими объектами. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение из-за вывода на орбиты и разрушения ядерных реакторов, кроме того «космического мусора», который вносит помехи в нормаль-ное функционирование наземных радиотехнических и астроно-мических приборов. По характеру воздействия загрязнения подразделяют на пер-вичные и вторичные.

Первичное загрязнение - поступление в окружающую среду не-посредственно загрязнителей, образуемых в ходе естественных природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов.

Вторичное загрязнение - образование (синтез) опасных загряз-нителей в ходе физико-химических процессов, идущих непосред-ственно в окружающей среде. Так, из нетоксичных составляющих в некоторых условиях образуются ядовитые газы - фосген; фреоны, химически инертные у поверхности Земли, вступают в стра-тосфере в фотохимические реакции, вырабатывая ионы хлора, служащие катализатором при разрушении озонового слоя (экра-на) планеты. Отдельные реагенты такого взаимодействия могут быть неопасными.

По механизму воздействия загрязнения подразделяются на механические, физические (тепловые, световые, акустические, электромагнитные), химические, радиационные, биологические.

Механические загрязнения - засорение среды агентами, оказы-вающими главным образом неблагоприятное механическое воз-действие на естественные и искусственные объекты.

Физические загрязнения связаны с изменением физических па-раметров среды: температурно-энергетические (тепловые), волно-вые (световые, акустические, электромагнитные), радиационные (радиационные, радиоактивные).

Тепловые (термальные) загрязнения обусловлены повышением температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов (продукты сгора-ния, выбрасываемые в дымовую трубу) и вод. Могут возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды (например, парниковый эффект - постоянное потепление кли-мата на планете в результате накопления в атмосфере углекислого и других газов (метана, фтор- и хлоруглеродов), которые анало-гично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятст-вуют длинноволновому тепловому излучению уходить с поверх-ности Земли).

Световые загрязнения вызваны нарушением естественной ос-вещенности местности в результате действия искусственных ис-точников света и могут приводить к аномалиям в жизни растений и животных.

Акустические загрязнения связаны с превышением естествен-ного уровня шума и ненормальным изменением звуковых харак-теристик в населенных пунктах и других местах вследствие рабо-ты транспорта, промышленных установок, бытовых приборов, поведения людей или других причин.

Электромагнитные загрязнения возникают в результате изме-нения электромагнитных свойств среды (от линий электропере-дачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных ус-тановок и т.п.), приводят к изменениям в тонких клеточных и мо-лекулярных биологических структурах.

Радиоактивные загрязнения обусловлены превышением естест-венного уровня содержания радиоактивных веществ в среде. Их последствием является радиационное загрязнение, вызванное действием ионизирующих излучений.

Биологические загрязнения вызваны проникновением (естест-венным или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические установки видов организмов, чуж-дых данным сообществам и установкам и обычно там отсутст-вующих. Выделяют биотические и микробиологические загряз-нения.

Микробиологические (микробные) загрязнения возникают из-за появления в среде необычно большого количества микроорга-низмов, связанного с массовым их размножением в средах, изме-ненных в ходе хозяйственной деятельности человека.

Литература

1) Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник./под ред. Н.И.Иванова и И.М. Фадина. М.: «Логос», 2002.

2) Кедров Б.М. « Предмет и взаимосвязь естественных наук». М.:Наука,1967.436 с..

3) Мизун Ю Г. Экология известная и неизвестная. М.: Науч.-практ. центр 1994. 240 с

4) Экология: Учебник для вузов/Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, Б.П. Усанов и др.; Под ред. СИ. Цветковой. СПб.: Химиздат, 1999. 488 с

Подобные документы

Биосфера как область обитания живых организмов. Оболочка Земли: состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Абиотические компоненты биосферы. Связь биосферы с космосом и взаимодействие с человеком.

реферат , добавлен 13.05.2009


Учение В.И. Вернадского о биосфере - оболочке Земли, населенной живыми организмами. Границы и косное вещество биосферы. Характеристика основных оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы. Анализ закономерностей в распределении живых организмов.

презентация , добавлен 20.11.2014


Подходы к решению вопроса о сущности жизни: механицизм и витализм. Единство химического состава и различие в соотношении элементов в живом и неживом. Обмен веществ как признак живого организма. Концепции происхождения жизни и развития биосферы Земли.

реферат , добавлен 14.01.2010


Понятие о гидросфере и литосфере. Атмосфера как воздушная оболочка планеты, её состав. Внутреннее строение Земли. Распределение воды в гидросфере. Роль озонового слоя в атмосфере. Грунтовые и подземные воды. Биосфера как область распространения жизни.

презентация , добавлен 18.10.2015


Докембрийский этап развития Земли. Условия, необходимые для возникновения и начала развития жизни на Земле. Возникновение жизни согласно гипотезе академика А.И. Опарина. Первые формы жизни на планете. Основные теории появления и развития эукариот.

реферат , добавлен 25.07.2010


Совокупность всех живых организмов Земли. Восстановительный, слабоокислительный и окислительный этапы в эволюции биосферы. Выход жизни на сушу, вымирание динозавров, появление гоминид. Появление человека, овладение огнем и появление цивилизации.

реферат , добавлен 01.02.2013


Определение биосферы как общепланетной оболочки. Масса биосферы. Географическая оболочка. Образование живых веществ и их распад. Кругооборот кислорода, углерода, азота, фосфора и воды. Замкнутый круг взаимозависимых и взаимоприспособленных организмов.

реферат , добавлен 09.03.2009


Поток доказательств в подтверждение идеи "живой Земли". суть гипотезы Геи – матери-Земли. Саморегуляция земли. "Болезни" Геи. Человечество как нервная система планеты. Ответственность человечества за загрязнение земли. Условия для поддержания жизни.

реферат , добавлен 19.02.2009


Основа организации биосферы. Основные функции биосферы. Биогеохимические функции живого вещества. Неравномерное распределение континентов и океанов. Учение Вернадского о биосфере. Молекулярная структура всего живого. Сложность биологических структур.

реферат , добавлен 08.05.2011


Учение В.Н. Вернадского о биосфере, как об активной оболочке земли. Связь геологических процессов в биосфере с деятельностью живого вещества. Зависимость существования биосферы от условий, созданных геологическими процессами. Проблемы биосферы сегодня.

В системе современного научного мировоззрения понятие биосферы занимает ключевое место во многих науках. Разра­ботка учения о биосфере неразрывно связана с именем В. И. Вернадского, хотя и имеет довольно длинную предысторию, начавшуюся с книги Ж.-Б. Ламарка «Гидрогеология» (1802), в которой содержится одно из первых обоснований идеи о влия­нии живых организмов на геологические процессы. Затем был грандиозный многотомный труд А. Гумбольдта «Космос» (первая книга вышла в 1845 году), в котором было собрано множество фактов, подтверждающих тезис о взаимодействии живых организмов с теми земными оболочками, в которые они проникают. Термин «биосфера» был впервые введен в науку немецким геологом и палеонтологом Э. Зюссом, подразумевавшим под ней самостоятельную, пересекающуюся с другими сферу, в которой на Земле существует жизнь. Он дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли.

Впервые идею о геологических функциях живого вещества, представление о совокупности всего органического мира в виде единого нераздельного целого высказал В. И. Вернадский. Его концепция складывалась постепенно, от первой студенческой работы «Об изменении почвы степей грызунами» (1884) к «Живому веществу» (рукопись рубежа 20-х годов), «Биосфере» (1926), «Биогеохимическим очеркам» (1940), а также «Химическому строению биосферы Земли» и «Философским мыслям натуралиста», над которыми он работал в последние десятилетия своей жизни.

Введя понятие живого вещества как совокупности всех живых организмов планеты, в том числе и человека, Вернадский тем самым вышел на качественно новый уровень понимания жизни - биосферный. Это дало возможность понимать жизнь как могучую геологическую силу нашей планеты, формирующую облик Земли. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества, источниках энергии для этого.

Геологическая роль живого вещества основана на его геохимических функциях, которые современная наука классифи­цирует по пяти категориям:

1...энергетическая,

2...концентрацион­ная,

3...деструктивная,

4...средообразующая,

5...транспортная.

Они основаны на том, что живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают грандиозное планетное явление - миграцию химических элементов в биосфере. Это предопределило решающую роль живого вещества и биосферы в становлении современного облика Земли ее атмосферы, гидросферы, литосферы.

Биосфера - это живое вещество планеты и преобразованное им косное вещество (образованное без участия жизни). Это фундаментальное понятие биогеохимии, один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства, сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Сегодня принято считать границы биосферы следующими: в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20 - 22 км над земной поверхно­стью, а наличие жизни в глубоких океанических впадинах - до 8 - 11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2-3 км. Но эта тончайшая пленка покрывает абсо­лютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей пла­нете (включая пустыни и ледяные пространства Арктики и Антарктики), где бы не было жизни. Количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Са­мое большое его содержание в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. По мере углубления в земную кору, океан, выше в атмосферу - количество живого вещества уменьшается, но нет резкой грани­цы между биосферой и окружающими ее земными оболочками.

Биосфера открыта космосу, получая из него потоки космической энергии. Используя ее, живое вещество преобразует нашу планету. Само образование биосферы, в том числе и происхождение жизни на Земле, является результатом действия этих космиче­ских сил, важнейшего фактора функционирования биосферы.

Космические излучения и прежде всего энергия Солнца оказывают постоянное действие на все явления на Земле. Ос­нователь гелиобиологии А. Л. Чижевский особенно много за­нимался изучением солнечно-земных связей. Он отмечал, что самые разнообразные процессы и явления на Земле протекают под непосредственным воздействием Солнца. Солнце является основным (наряду с космическим излучением и энергией радиоактивного распада в недрах Земли) источни­ком энергии, причиной всего на Земле от атмосферных явлений, роста растений до умственной деятельности человека.

Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII веке. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на связь между уро­жаями пшеницы и числом солнечных пятен. В конце XIX века профессор Одесского университета Ф. Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, как бы повторяя цикличность солнечной активности.

Обобщив опыт предшественников, А. Л. Чижевский подвел под эти эмпирические данные научную базу. По его мнению, Солнце определяет ритм большинства биологических процессов на Земле. Когда на нем образуется много пятен, по­являются хромосферные вспышки и усиливается яркость коро­ны, на нашей планете развиваются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельско­го хозяйства и микроорганизмы.

Вся живая природа чутко реагирует на сезонные изменения окружающей температуры, интенсивность солнечного излуче­ния - весной покрываются листвой деревья, осенью листва опадает, затухают обменные процессы, многие животные впа­дают в спячку и т. д. Человек не является исключением. На протяжении года у него меняется интенсивность обмена, со­став клеток, тканей.

Состояние солнечной активности влияет на распространение многих заболеваний. Так, в 1957 году, несмотря на проводившуюся, как и в прошлые годы, ваци­нацию населения, неожиданно возросло число заболеваний клещевым энцефалитом и туляремией. В 30-е годы нашего века Чижевский предсказал, что в 1960 - 1962 годах произойдет эпидемическая вспышка холеры, что действительно произош­ло в странах Юго-Восточной Азии. Все жизненные циклы: заболевания, массовые перекочевки, периоды бурного размножения млекопитающих, насекомых, виру­сов - протекают синхронно с 11-летними циклами солнечной активности.

Люди также подвержены действию космических энергий и солнечной радиации. Так, человеческий организм, так же как организмы других животных, подстраивается под ритмы биогеосферы, прежде всего суточные (циркадные) и сезонные, связанные со сменой времен года.

Обмен веществ у человека протекает в наследуемом из поколения в поколение циркадном ритме. В настоящее время считается, что около сорока процессов в человеческом организме подчинено строгому циркадному ритму. Например, еще в 1931 году была установлена цикличность в функционировании печени человека, содержании гемоглобина, калия, натрия, кальция в крови. По суточному графику работает и вегетативная нервная система. Статистика утверждает, что даже рождение и смерть чаще случаются в темную часть суток, около полуночи.

Гематологи пришли к выводу, что в годы максимума сол­нечной активности норма свертывания крови у здоровых лю­дей увеличивается вдвое, поэтому при увеличении сол­нечных пятен учащаются инфаркты, инсульты.

Чижевский попы­тался установить взаимосвязь одиннадцатилетних солнечных циклов с насыщенностью историческими событиями разных периодов человеческой истории. В результате своего анализа он сделал вывод, что максимум общественной активности сов­падает с максимумом солнечной активности. Средние точки течения цикла дают максимум массовой деятельности челове­чества, выражающийся в революциях, восстаниях, войнах, по­ходах, переселениях, являются началами новых исторических эпох в истории человечества. В крайних точках течения цикла напряжение общечеловеческой деятельности военного или по­литического характера понижается до минимального преде­ла, уступая место созидательной деятельности и сопровожда­ясь всеобщим упадком политического и военного энтузиазма, миром и спокойной творческой работой в области государст­венного строительства, науки и искусства.

Социальные конфлик­ты (войны, бунты, революции), по убеждению Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью Солнца. По подсчетам ученого, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социаль­ных проявлений в обществе (примерно 5%). Во время же пика активности Солнца их число достигает 60%. Выводы Чи­жевского подтверждают неразрывное единство человека и космоса, указывают на их тесное взаимовлияние.

Эти идеи о связи космоса, человека и биосферы, представ­ленные концепциями Вернадского и Чижевского, легли в осно­ву популярной сегодня гипотезы Л.Н. Гумилева о пассионарном толчке, рождающем к жизни новые этносы. Ключевым понятием концепции этногенеза Гумилева является понятие пассионарности, которое он определяет как повышенное стремление к действию. Появление этого признака у отдельно­го человека является мутацией, затрагивающей энергетические механизмы человеческого тела. Пассионарий (носитель пас­сионарности) становится способным воспринять из окружаю­щей среды больше энергии, чем необходимо для его нормаль­ной жизнедеятельности. Избыток же полученной энергии на­правляется им в любую область человеческой деятельности, выбор которой определяется конкретными историческими ус­ловиями и склонностями самого человека. Пассионарий может стать великим завоевателем (например, Александр Македонский, Напо­леон) или путешественником (Марко Поло, А. Прже­вальский), великим ученым (А. Эйнштейн, И. Гете) или религиозным деятелем (Будда, Христос). Появление свой­ства пассионарности инициируется каким-то специфическим редким космическим излучением (пассионарные толчки проис­ходят 2-3 раза за тысячелетие). Носители пассионарности появляются в зоне следа от этого излучения - полосы шириной 200 - 300 км, но длиной до половины окружности планеты. Ес­ли в зоне этого излучения окажутся несколько народов, живущих в разных ландшафтах, они могут стать зародышем нового этноса. Смена этносов и есть процесс всемирной истории, при­чина прогрессивных перемен в ней.

Постепенно представления о связи биосферы и космоса, человека и космоса, общества и космоса вошли в научный оборот, став важной частью современного научного миро­воззрения, характерной чертой современной культуры. Эти взгляды принято называть космизмом, а сам процесс формирования такого мировоззрения - космизацией науки и философии. Основными признаками космического мировоззрения являются:

·...внедрение в массовое сознание идей о связи Земли и Космоса;

·...переход от антропоцентризма к биосфероцентризму, ставящему интересы человека и человечества в зависимость от потребностей всей планеты и всего живого на ней.

Частью нового космического мировоззрения является рас­ширение предмета многих старых классических наук, выведение их за рамки изучения чисто земных явлений и процессов, появле­ние космического аспекта в научных исследованиях (астрохимия, экобиология, радиационная генетика и т. д.). В связи с выходом человека в космос, как ответ на теоретические и практические проблемы этого шага появилась космонавтика. Вместе с этим люди все больше и больше ставят себе на службу природные силы космического порядка (например, использование ядер­ной энергии).

Новое мировоззрение требует введения новой системы ценностей, нового решения «вечных» человеческих вопросов о смысле жизни, смерти и бессмертии, добре и зле, которые должны быть ориентированы на осознание человеком косми­ческой значимости его деятельности.

Особенно активно формирование нового мировоззрения идет в последние десятилетия, хотя первые идеи космизма воз­никли на заре человеческой истории. Его мож­но определить как своеобразную направленность мышления, умонастроение, в атмосфере которого формировались новые подходы к выработке целостной концепции мироздания, пред­ставления об органическом единстве всего мира и его тесней­шей связи со Вселенной, с космосом. Понимаемый таким образом космизм был изначально присущ культурному самосозна­нию человечества - мифологическое сознание наших предков полностью основывалось на парадигме космизма. Об этом свидетельствуют их интуитивные представления о тесной связи мира и человека, оживотворение мира, а также попытки обнаружить за грозными природными стихиями некие всеобщие законы, гармонизирующие эти отношения, что отразилось в космологических мифах разных народов. Затем была платоновская картина мира на основе признания первичности мира идей, присущих материальному бытию. Периодически космизм также оживал в христианизированном платонизме, в натурфилософских разработках Возрождения.

Серьезный кризис космизм пережил в Новое время в связи с развитием науки, схематизировавшей реальность и предавшей забвению идеи целостного знания. И, хотя в естествознании Нового времени периодически возрождались идеи единства мира, человека и космоса (Д. Бруно, Г. Галилей, Н. Коперник и др.), они не могли переломить господствующих тенденций развития европейской науки, ее стремления к строгому рационализму и аналитизму.

Лишь во второй половине XIX века европейская наука и философия проявили тенденции к синтезу знания, хотя и воспринимаемые европейской культурой с большим трудом.

Совершенно в иной ситуации была Россия во второй поло­вине XIX века. Наша страна была несколько изолирована от идей, господствовавших в Европе. Русская наука, родившаяся в XVIII в., и русская философия, существующая с XI века основывались на глубинных архетипах русского сознания, среди которых был и космизм. Это связано с тем, что в России языческое целостное мироощущение не было уничто­жено христианством. Более того, русское православие также представляло космос как живой организм, находящийся в непрестанном взаимодействии с Творцом.

Эти идеи, подспудно хранившиеся в русском сознании, со­единились с осознанием кризиса научного мировоззрения в конце XIX - начале XX века и дали миру феномен русского космизма - характерной черты русской культуры второй половины XIX века - первой половины XX века. В Рос­сии он стал целым пластом культуры, представленным в твор­честве замечательной плеяды ученых, философов и художников. Идеи космизма в России нашли свое выражение в творчестве В. В. Докучаева, В. И. Вернадского, К. Э. Циолковского, А. Л. Чижевского, Л. Н. Гумилева, Н. Г. Холодного, С. П. Королева, Н. А. Морозова, Н. Ф. Федорова, В. С. Соловьева, А. Белого, А. В. Сухово-Кобылина и др.

Особый интерес сегодня вызывают идеи Н. Ф. Федорова, который одним из первых создал свою концепцию космизма. Он считал, что рост народонаселения на Земле приведет к освоению других планет, на которых будут расселены люди. В связи с этим он предлагал свой вариант перемещения людей в космическом пространстве. Для этого, по его мнению, нужно будет овладеть электромагнитной энергией земного шара, что позволит регулировать его движение в мировом пространстве и превратит Землю в подобие космического корабля. В перспективе человек, по предположению Федорова, объединит все миры и станет «планетоводом».

Идеи Федорова о расселении людей на другие планеты поддерживал его ученик, один из основателей ракетостроения и теории космических полетов К. Э. Циолковский. На основании своей идеи о всеобщности жизни, везде существующей в виде вечно живых атомов, Циолковский построил свою «космическую философию».

Он полагал, что жизнь и разум на земле не являются единственными во Вселенной. Космическое пространство заселено разумными существами различного уровня развития. Во Вселенной есть планеты, которые по развитию разума и могущества достигли высшей степени и опередили другие. Эти «совершенные» планеты обладают моральным правом регулировать жизнь на других, пока более примитивных планетах.

Циолковский полагал, что нашей планете во Вселенной при­надлежит особая роль. Земля относится к категории молодых планет, «подающих надежды». Лишь небольшому числу таких планет будет дано право на самостоятельное развитие. К их числу относится и Земля. В эволюции планет постепенно будет образован союз всех разумных высших существ космоса. Задача Земли в этом союзе - внести свой вклад в совершенствование космоса. Для этого землянам необходимо приступить к косми­ческим полетам и начать расселяться на других планетах Все­ленной. В этом и состоит основная идея его «космической философии»: переселение с Земли и заселение Космоса.

В этом заключается новое понимание места и роли человека в мире. Отныне он стал пониматься как вер­шина развития материи на Земле, в Солнечной системе, а может быть, и во Вселенной. Он становится силой, способной в перспективе осваивать и преобразовывать природу в космических масштабах. Итогом этих размышлений о роли человека стало формулирование антропного принципа в современ­ной науке.

Наука столкнулась с большой группой фак­тов, раздельное рассмотрение которых создает впечатление необъяснимых случайных совпадений, граничащих с чудом. Вероятность каждого подобного совпадения очень мала, а уж их совместное существование и вовсе невероятно. Тогда вполне обоснованной представляется постановка вопроса о существовании пока не познанных закономерностей, которые способны организовать Вселенную определенным образом и следствиями которых мы столкнулись.

В этой ситуации был выдвинут и в настоящее время ши­роко обсуждается антропный принцип. В 70-е годы в двух вариантах его сформулировал английский ученый Картер. Первый из них получил наименование слабого антропного принципа: «То, что мы предполагаем наблюдать, должно удовлетворять условиям, необходимым для присутствия человека в качестве наблюдателя». Второй вариант назван сильным антропным принципом: «Вселенная должна быть такой, чтобы в ней на некоторой стадии эволюции мог существовать наблюдатель».

Слабый антропный принцип интерпретируется так, что в ходе эволюции Вселенной могли существовать самые разные условия, но человек-наблюдатель видит мир только на том этапе, на котором реализовались условия, необходимые для его существования. В частности, для появления человека пона­добилось, чтобы в ходе расширения вещества Вселенная про­шла все необходимые стадии. Понятно, что человек не мог наблюдать их, так как физические условия то­гда не обеспечивали его появления. Раз человек есть, то он увидит вполне определен­ным образом устроенный мир, ибо ничего другого ему уви­деть не дано.

Более серьезное содержание заложено в сильном антропном принципе. По существу, речь идет о случайном или зако­номерном происхождении «тонкой подстройки» Вселенной. Признание закономерного устройства Вселенной влечет за со­бой признание принципа, организующего ее. Если же считать «тонкую подстройку» случайной, то приходится постулиро­вать множественное рождение вселенных, в каждой из которых случайным образом реализуются случайные значения физиче­ских постоянных. В какой-то из них случайно возникнет «тонкая подстройка», обеспечивающая появление на определенном этапе развития наблюдателя, и он увидит вполне благоустроенный мир, о случайном возникно­вении которого первоначально не будет подозревать. Правда, вероятность этого очень мала.

Если же мы признаем «тонкую подстройку» изначально за­ложенной во Вселенной, то линия ее последующего развития предопределена, а появление наблюдателя на соответствую­щем этапе неизбежно. Из этого следует, что в родившейся Все­ленной потенциально было заложено ее будущее, а процесс развития приобретает целенаправленный характер. Появление разума не только заранее «запланировано», но и имеет опреде­ленное предназначение, которое проявит себя в последующем процессе развития.

Пока мы еще слишком мало знаем о Вселенной, ведь земная жизнь - это только малая часть гигантского целого. Но мы можем строить любые догадки, если они не противоречат познанным законам природы. И вполне возможно, что если человечество продолжит свое существование, если его способность познавать себя и окружающий мир сохранится, то одной из главных задач будущего научного поиска человече­ства станет осознание своего предназначения во Вселенной.