Эволюция биосферы

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

СИБИРСКАЯ  АКАДЕМИЯ  ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ

ИНСТИТУТ  ПЕРЕПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ 
 
 
 

КАФЕДРА ГУМАНИТАРНЫХ ОСНОВ  ГОСУДАРСТВЕННОЙ  СЛУЖБЫ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По  дисциплине: Концепции современного естествознания

ТЕМА: «Эволюция  биосферы» 
 
 

                                                                                      

                                                                     

                                                                                                      

                                                                                                                                                                      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск

2011

Содержание 
 

 

Введение  

         

    Человек связан с природой   неразрывными узами. Начиная с первобытного периода своего существования он пытался  ее познать в целях использования. Природа давало ему пищу растительную и животную; одежду, жилище; орудия и оружие - каменные, металлические. Природа давала энергию огня, воды,  ветра.

      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, систематик, 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.

      Ламарк впервые вводит термин  “биосфера”, обозначающий область жизни и влияние живых организмов на процессы, происходящие на Земле.

      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. 

      Под биосферой принято понимать  сложную внешнюю оболочку Земли,

населенную  организмами. Биосфера качественно отличается от всех других

сфер  Земли,  так как в ее пределах проявляется геологическая деятельность живых существ: растений, животных, микроорганизмов, а на последнем этапе истории Земли - и человека. При этом характерно, что определенные группы живых существ могут оказывать различное, вплоть до диаметрально противоположного, влияния на окружающую среду. Например, зеленые растения обогащают ее кислородом, животные - углекислым газом, растения извлекают громадные массы углерода  из атмосферы, а микроорганизмы, разлагая органическое вещество, возвращают  большую часть углерода  обратно, и т.д. Современная биосфера включает в себя полностью гидросферу, верхнюю часть литосферы  и нижнюю часть атмосферы.

 1. Развитие биосферы  в докембрии.

1. 1.Добиогенное развитие Земли. 

По современным  представлениям возраст Земли оценивается около 5 млрд. лет. Во время своего образования Земля, вероятно, представляла холодное тело, близкое по составу к метеоритам. Материал, из которого она образовалась, содержал радиоактивные элементы. Присутствовали, очевидно, и короткоживущие изотопы. 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.

    Проходили миллионы лет. И по мере того, как шло время, 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, все меньше становилось наземных вулканов, и все больше 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: CH4,CO,S,HCl,HF,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 атмосфер. Одновременно с образованием гидросферы происходило формирование атмосферы. Основными компонентами ее были водяные пары, метан, окись углерода, аммиак, азот , CO2. Состав атмосферы примерно отвечал составу современных вулканических газов. Естественно, параллельно 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. 

  1.2. Возникновение органических соединений и живых организмов

 

    В то время атмосфера была  проницаема для космического излучения в несравненно большей степени, чем сейчас, поскольку основные компоненты

современной атмосферы - азот и кислород  - не играли заметной роли, отсутствовал озоновый экран, меньше было паров воды. Можно предположить, что в таких условиях в древней атмосфере должны были постоянно образовываться   сложные органические молекулы (эксперименты показали, что  при особых воздействиях  (ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение) на смеси газов и паров воды, сходные с возможным первичным составом атмосферы, могут возникать разнообразные органические вещества, которые входят в состав биологических макромолекул). Но эти соединения под влиянием коротковолнового  излучения должны были подвергаться и постоянному разрушению. Поэтому предполагают, что образовавшиеся  соединения сохранялись лишь в том случае, если они попадали в водоемы, в которых верхний слой воды был достаточен, чтобы задержать губительную коротковолновую радиацию.

    Таким образом, органические соединения постепенно  могли накапливаться в первичном океане и должны были служить не только материалом  для создания первых организмов, но и необходимой

питательной средой для них.

       Предполагается, что органические соединения, рассеянные в воде, в результате  бесчисленных взаимодействий друг с другом, переодических образований   привели в конце концов к возникновению специфических скоплений органического вещества. Эти скопления могли не только длительно существовать, но и расти, а затем постепенно обмениваться веществом с окружающей средой, делиться на части себе подобные.  Это момент  был революционным скачком  в результате которого “капля “

органического вещества превратилась в живое существо. Дальше все было относительно проще, так как не требовалось радикального изменения состояния вещества, а шло лишь усовершенствование живой материи.

      Конечно, это лишь одна из наиболее возможных схем пути возникновения жизни на Земле. В действительности все могло быть иначе. Нельзя с полной уверенностью сказать, что жизнь возникла именно на Земле. Она могла быть и принесена в виде каких-то простейших организмов с метеоритным веществом из космоса, в то время, когда еще не было плотной атмосферы, которая могла сильно разогреть или даже сжечь метеорит.

 

1.3.Возникновение биосферы 

    Появление в древнем океане одного жизнеспособного  организма могло привести к мгновенному в масштабе геологического времени распространению жизни на Земле. Ведь у живых организмов не было никаких соперников, а пище в виде разнообразных органических веществ - целый океан. В связи с этим принято полагать, что возникновение жизни на Земле и возникновение биосферы с геологической точки зрения явления синхронные. Кислород в небольших количествах выделялся вследствие частичной диссоциации молекул воды и углекислого газа.

      Но вот в процессе  эволюции  простейших организмов какой-то  организм за счет энергии  Солнца  осуществил в своем теле синтез органического водорода, сопровождающийся разложением воды и выделением свободного кислорода. Появился первый автотрофный организм, родоначальник фотосинтезирующих   растений.  Это событие ознаменовало величайшую революцию в развитии жизни, поскольку именно фотосинтез является двигателем органических процессов.

      Эта революция сопровождалась  практически уничтожением старого органического мира. На смену примитивным, малоэффективным в энергетическом отношении организмам, использовавшим энергию брожения,

получающуюся  за счет уничтожения органических веществ, пришли более

совершенные  организмы, которые использовали энергию солнечных лучей и сами создавали органические вещества.

      Автотрофные организмы, как и  гетеротрофные, практически мгновенно, в смысле геологического времени, распространились на все пространство Земли. Ограничивающими факторами были, вероятно, лишь коротковолновое излучение, которое не давало возможности выйти организмам на сушу, но и делало непригодным для обитания самую поверхностную часть гидросферы, и недостаток  солнечного света в воде на глубине, превышающей несколько десятков метров.

   Для первой половины архея было характерно резкое преобладание  в воде и атмосфере углекислого газа, значительно количество аммиака, а так же вероятно, присутствие метана  и паров соляной, фтористой и серной кислот.

      Во вторую половину архея   и в раннем протерозое в  атмосфере и гидросфере уже присутствовал свободный кислород, увеличилось содержание азота  и уменьшилось распространение CO2 .

      Третий этап развития газовой оболочки Земли, начавшийся около 2 млрд. лет назад, качественно отличается от предшествующих ему этапов. Для него характерно полное отсутствие аммиака, преобладание свободного азота, значительное содержание свободного кислорода. Атмосфера имела уже состав, аналогичный ее современному составу.

    Полагают, что очень большое воздействие на среднегодовую температуру воздуха на Земле оказывает содержание в атмосфере углекислого газа. Он пропускает солнечные лучи, но  поглощает основную часть тепловых лучей, идущих от поверхности земли, что препятствует охлаждению Земли и повышает общую температуру на ее поверхности. Наличие CO2 обуславливает так называемый оранжерейный эффект воздушной оболочки Земли.

      По мере изменения состава и массы атмосферы среднегодовая температура должна была существенно меняться. В архее она значительно

превышала современную. Уже примерно около 2 млрд. лет назад температура должна была быть близкой к современной.

      Великие оледенения, аналогичные известному оледенению Европы и