Эволюция биосферы

 

Содержание:

      стр. 

Введение

1. Понятие биосферы, ее структурные особенности…………………………...5
2. Основные этапы эволюции биосферы…………………………………...……8
3. Итоги эволюции биосферы……………………………………………………17

Заключение

Список использованных источников

   

     

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Целью данной работы является изучение темы «Эволюция биосферы».

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

- изучить понятие биосферы;

- проанализировать структурные  особенности биосферы;

- рассмотреть основные  этапы эволюции биосферы;

- подвести итоги эволюции  биосферы.

Знания о биосфере сегодня  актуальны и необходимы. Человек  вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее. В большинстве случае подобные преобразования крайне негативно сказываются на самой биосфере.

Таким образом, данная тема довольно актуальна в настоящее время.

Человек связан с природой   неразрывными узами. Начиная с первобытного периода своего существования он пытался ее познать в целях использования.

Постепенно из наблюдений и опыта использования различных  природных объектов возникли науки. Наука о природе - естествоведение - дифференцировалась на отдельные отрасли знания: биологию, геологию, физику, химию. Каждая из них углублялась в изучение деталей и выделяла новые науки, например ботаника: анатомию, морфологию, физиологию, систематику, филогению растений, микробиологию. То же происходило с зоологией  и многими другими науками.

С развитием отдельных  наук о природе все настоятельнее  проявляется потребность в выявлении  всеобъемлющей картины жизни  на планете  Земля и общих процессов, происходящих на ней.

Биосфера тесно связана с деятельностью человека, и сохранность равновесия ее состава зависит от него.

В настоящее время в  связи с весьма ощутимыми последствиями научно-технического прогресса, ставящим под угрозу дальнейшее существования человека, во всех странах мира испытывается настоятельная потребность в охране биосферы. А чтобы устранить опасности, нависшие над Землей, необходимо знать историю биосферы, знать, как она существовала  до возникновения человека. Знание процессов, происходящих в биосфере, и соответственно разумная организация всей деятельности и жизни человечества может помочь восстановить былую красоту природы.

Биосферой называется та часть  литосферы, гидросферы и атмосферы  Земли, в которой существуют и  развиваются растительные и живые  организмы. В ее состав входят не только растительный покров и животное население  планеты, все реки и озера, водная масса океанов, но и почвенный  слой, значительная часть тропосферы и самый верхний слой земной коры - зоны выветривания. На земной поверхности  практически нет площадей, где  отсутствует жизнь. Даже в жарких и безводных тропических пустынях или на поверхности высокогорных ледников и полярных льдов обнаружены микробы и другие микроорганизмы.

 

 

 

 

 

 

 

1. Понятие биосферы, ее структурные особенности

 

Термин «биосфера» впервые был использован в 1875 г. австрийским геологом Эдуардом Зюссом. Под биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами.

Два главных компонента биосферы - живые организмы и среда их обитания -непрерывно взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Биосфера как глобальная суперсистема в свою очередь состоит из ряда подсистем.

Отдельные живые организмы  не существуют изолированно. В процессе своей жизнедеятельности они  соединяются в различные системы (сообщества), например, в популяции. В ходе эволюции образуется другой, качественно новый уровень живых  систем, так называемые биоценозы - совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания.

Эволюция жизни постепенно приводит к росту и углублению дифференциации внутри биосферы. В  совокупности с окружающей средой обитания, обмениваясь с ней веществом  и энергией, биоценозы образуют новые системы - биогеоценозы или, как их еще называют, экосистемы. Они могут быть разного масштаба: море, озеро, лес, роща и т. д. Биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота: от зеленых растений, создающих органическое вещество, до их потребителей, в итоге превращающих его вновь в минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз является элементарной ячейкой биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы и экосистемы образуют суперсистему - биосферу.

В состав биосферы входят верхние  слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные  между собой сложными круговоротами  веществ и энергии.

Атмосфера - наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с  космическим пространством; через  атмосферу осуществляется обмен  вещества и энергии с космосом.

Гидросфера - водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Литосфера - внешняя твердая  оболочка Земли, состоящая из осадочных  и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича (нижняя граница земной коры, на которой происходит резкий скачок скорости сейсмических волн (от 7 до 8—8,2 км/с). Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами).). Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой  температурой земных недр, верхний  предел (20 км) - жёстким излучением ультрафиолетовых лучей (всё, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения  двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор); наибольшая же концентрация биомассы наблюдается  у поверхности суши и океана, в  местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной  способностью к размножению и  распространению по планете. Совокупная биомасса Земли составляет примерно около 0,01% массы всей биосферы.97% из этого количества занимают растения, 3% - животные. В настоящее время  на Земле известно несколько миллионов  видов живых организмов.

Живое вещество - главная  биогеохимическая сила в биосфере. Живое вещество - совокупность всех живых организмов планеты, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе, энергии. Это вещество геохимически чрезвычайно активно, так как при осуществлении процессов питания, дыхания, выделения, размножения оно тесно связано с окружающей средой, благодаря чему почти все химические элементы проходят в общей цепи превращений через биогеохимическое звено. Таким образом, жизнедеятельность организмов - глубокий и мощный геологический процесс планетарного характера. Миграция химических элементов из организма в среду и обратно не прекращается ни на секунду.

В пределах биосферы живое  вещество встречается везде, либо следы  его биогеохимической деятельности. Газы атмосферы (кислород, азот, углекислота), природные воды, равно как и каустобиолиты (нефти, угли), известняки, глины и их метаморфические производные (сланцы, мраморы, граниты и др.) в своей основе созданы живым веществом планеты. Слои земной коры, лишённые в настоящее время живого вещества, но переработанные им в геологическом прошлом, Вернадский относил к области «былых биосфер». Биосфера мозаична по структуре и составу, отражая геохимическую и геофизическую неоднородность лика Земли (океаны, озёра, горы, ущелья, равнины и т.д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете, как в прошлые эпохи, так и в наше время. Максимальное содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное - к глубинным акваториям (абиссаль); на суше эта неравномерность проявляется в мозаике биогеоценотического покрова (леса, болота, степи, пустыни и др.) с минимумом плотности живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях. Элементарная структура активной части современной биосферы - биогеоценоз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные этапы эволюции биосферы

 

Земля появилась около 4,5 миллиардов лет назад, жизнь на ней возникла около 3,8 млрд. лет назад. Австралийскими учеными в древних породах были обнаружены минералы, изотопный возраст которых превышает 4 млрд лет. Следовательно, возраст Земли - более 4 млрд лет. Во время своего образования Земля, вероятно представляла холодное тело, близкое по составу к метеоритам. Материал, из которого она образовалась, содержал радиоактивные элементы. Вещество Земли первоначально характеризовалась однородностью состава.

Вследствие выделения  тепла при гравитационном сжатии  и особенно при радиоактивном распаде недра Земли стали постепенно разогреваться. Однако из-за постоянной потери тепла через поверхность и недостаточности радиогенного тепла полного расплавления Земли не произошло.

В начальные моменты плавки вещества Земли процессы выплавления и дегазации, очевидно, охватывали всю поверхность, которая была относительно ровной  и слагалась лишь материалом излившихся базальтов  и первичным веществом планеты. Однообразие и монотонность ландшафтов нарушалось лишь бесчисленным количеством вулканов да беспрепятственно достигавшими земной коры солнечными лучами.

С течением миллионов лет постепенно менялся облик планеты:  формировались гидросфера и атмосфера. В результате процессов плавления Земли, на ее поверхность выносилась вода и разнообразные газы. За счет этой воды и начала формироваться гидросфера, масса которой постепенно росла, а соответственно увеличивалась и площадь ее поверхности.

С увеличением площадей, покрытых водой, меньше становилось наземных вулканов, и увеличивалось число подводных извержений или вулканических построек в виде очень пологих островов, поднимающихся над водой.

Помимо воды, выделявшейся в виде паров и жидком состоянии, из недр Земли одновременно поступали газы и дымы: метан (CH4), кобальт (CO), сера (S), хлороводород (HCl), бромоводород (HBr)  и др. Одни из них растворялись в водах гидросферы и участвовали тем самым в формировании ее солевого состава; другие же, которые практически не растворялись в воде, образовывали атмосферу.

Одновременно с образованием гидросферы происходило формирование атмосферы. Основными компонентами ее были водяные пары, метан, окись углерода, аммиак, азот, углекислый газ. Состав атмосферы примерно отвечал составу современных вулканических газов. С увеличением объема гидросферы происходило возрастание содержания газов в атмосфере.

С какого-то момента, когда содержание паров воды и газов в атмосфере достигло существенного уровня  стали существовать условия, благоприятствующие возникновению жизни.

Науке известны две основные гипотезы возникновения атмосферы  и гидросферы. Одна из них была описана  выше. На основании этого можно  сравнить ее с другой гипотезой. Если Земля была однажды полностью расплавлена, большая часть воды и многих других веществ одновременно улетучилась тогда в горячую древнюю атмосферу. Позже, когда Земля застыла, водяной пар сконденсировался и образовался первичный океан. Согласно этой гипотезе, современная атмосфера и океан являются простым остатком горячей древней атмосферы. Вторая гипотеза основывается на толковании сложного и сравнительно малоизученного процесса «дегазации» пород в глубоких недрах Земли. Можно наметить два варианта второй гипотезы:

     а) вода и  другие летучие вещества выделились  из недр Земли за очень короткий  период времени на заре земной  истории; 

     б) эти летучие  вещества выделялись из глубин  Земли постепенно и примерно  с одной и той же скоростью  в течение значительного геологического  времени. 

     В итоге молодая Земля была окружена плотной оболочкой паров и газов — праатмосферой, которая существенно отличалась от современной атмосферы не только температурой и давлением, но и прежде всего химическим составом. В нее входили такие же газы, которые выделяются действующими вулканами современной геологической эпохи. Она состояла, по-видимому, из двуокиси углерода, азота, водяного пара, различных углеводородов, аммиака и других газообразных соединений, а также благородных газов. Эта праатмосфера обладала собственно восстановительными свойствами. Облака горячего газа, возможно, полностью окутывали Землю в течение длительного времени.