Учение о биосфере

1.

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
1. Учение В. И. Вернадского
о биосфере
2. Состав, функции и
границы биосферы
3. Круговороты веществ
в биосфере
4. Учение о ноосфере

2.

Биосфера
(греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) –
сложная наружная
оболочка Земли,
населенная организмами, составляющими в
совокупности живое вещество планеты.
Это одна из важнейших геосфер Земли,
являющаяся
основным
компонентом
природной среды, окружающей человека.

3.

1. Учение В. И. Вернадского о биосфере

4.

Значение идей биосферы для
развития науки оказалось
настолько велико, что уже в
начале XX в. возникло новое
фундаментальное научное
направление в естествознании –
Учение о биосфере,
основоположником которого
является великий русский ученый
Владимир Иванович
Вернадский
В.И. Вернадский
(1863 – 1945)

5.

Биосфера –
все пространство
(оболочка Земли),
где существует или
когда-либо
существовала
жизнь, то есть где
встречаются живые
организмы или
продукты их
жизнедеятельности
(В.И.Вернадский)

6.

В современной науке под биосферой понимают
глобальную экосистему, объединяющую в себе
практически все вещество верхних слоев планеты,
включая толщи осадочных пород литосферы,
вплоть до озонового слоя атмосферы.

7.

Учение В.И. Вернадского о
биосфере –
это
целостное
фундаментальное
учение,
органично связанное с
важнейшими
проблемами
сохра-нения и развития жизни на
Земле,
знаменующее
собой
принци-пиально новый подход к
изучению
планеты
как
развивающейся,
саморегулирующейся системы в
прошлом, настоящем и будущем.
Основы учения о биосфере
изложены В.И. Вернадским
в книге «Биосфера»,
вышедшей в 1926 г.

8.

Факты и положения о биосфере
накапливались постепенно в
связи с развитием ботаники,
почвоведения,
географии
растений и других преимущественно биологических наук, а
также геологических дисциплин.
Те элементы знания, которые
стали
необходимыми
для
понимания биосферы в целом,
оказались
связанными
с
возникновением экологии, науки,
которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей
среды.
Биосфера является определенной природной системой, а
ее существование в первую
очередь
выражается
в
круговороте энергии и веществ
при участии живых организмов.

9.

Сущность учения В.И. Вернадского заключена в
признании
исключительной
роли
«живого
вещества», преобразующего облик планеты
«Живое вещество есть самая мощная геологическая сила,
растущая с ходом времени, она преобразует облик планеты».

10.

Вторым главнейшим аспектом
учения В.И. Вернадского является
разработанное им представление
об организованности биосферы,
которая
проявляется
в
согласованном
взаимодействии
живого и неживого, взаимной
приспособляемости организма и
среды.
«Организм, - писал В.И. Вернадский, - имеет дело со средой, к
которой он не только приспособлен, но которая приспособлена
и к нему».

11.

Важнейшей частью Учения о биосфере В.И. Вернадского
являются представления о ее возникновении и развитии.
Современная биосфера возникла не сразу, а в результате
длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов.
Современная биосфера возникла около 3,5-4,0 млрд. лет
назад.

12.

Идеи В.И. Вернадского об эволюции биосферы
1. Вначале сформировалась литосфера,
а затем после появления жизни на суше - биосфера

13.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда
не наблюдались азойные геологические эпохи

14.

3. Живые организмы - главный фактор миграции
химических элементов в земной коре.

15.

4. Грандиозный геологический эффект деятельности
организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно
велико и действуют они в течение бесконечно большого
промежутка времени.
5. Основным движущим фактором развития процессов
в биосфере является биохимическая энергия живого
вещества.

16.

2. Состав, свойства и функции биосферы
Состав биосферы:
1. Живое вещество (биота) – совокупность всех живых организмов
на планете (растений, животных, микроорганизмов)

17.

2. Биогенное вещество
– вещество, сложенное из
остатков живых организмов или из продуктов
их жизнедеятельности
(каменный уголь,
известняки, нефть,
горючие сланцы и др.)

18.

3. Косное вещество - вещество неорганического
происхождения, не является продуктом жизнедеятельности
живых организмов (продукты тектонической деятельности,
минералы, метеориты и др.)

19.

4. Биокосное – вещество, возникшее при постоянном
взаимодействии косного и живого вещества (сюда
относится почти вся вода биосферы, почвы, илы)

20.

5. Радиоактивное вещество вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада
(радиоактивные элементы)
6. Рассеянные атомы атомы такого вещества рассеяны по
всей планете; находящиеся в земной
коре в рассеянном состоянии
7. Вещество космического
происхождения –
космическая пыль, обломки
метеоритов и т.д.

21.

Масса
живого
вещества в биосфере
составляет
примерно
2400 млрд. т, что соответствует всего лишь
1/2100 массы атмосферы Земли.
Общая
толщина
биосферы –1/320 радиуса
Земли
–
характеризует ее как
тонкую
пленку
на
поверхности планеты.
Но именно она играет
основную
роль
в
процессах круговорота
вещества и энергии.

22.

Свойства живого вещества
1. Способность быстро занимать свободное пространство -"всюдность жизни"

23. 2. Возможность произвольного перемещения в пространстве

24. 3. Исключительное разнообразие форм, размеров, составов

25. 4. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти

26. 5. Способность к адаптации в различных условиях

27. 6. Феноменально высокая скорость протекания реакций

28. 7. Высокая скорость обновления живого вещества

29.

8. Непрерывное чередование поколений

30.

Функции живого вещества (функции биосферы)
1. Энергетическая
2. Газовая
3. Окислительно-восстановительная
4. Концентрационная
5. Деструктивная
6. Транспортная
7. Средообразующая
8. Рассеивающая
9. Информационная

31.

1.Энергетическая функция заключается в фиксации
растениями солнечной энергии и передачи её в
трансформированном виде живым веществом по
трофическим сетям.

32.

2. Газовая функция - способность изменять
и поддерживать определенный газовый состав среды
обитания и атмосферы в целом.

33.

3. Окислительно-восстановительная функция определяется способностью живых организмов (в большинстве
случаев микроорганизмов) интенсифицировать химические
процессы окисления и восстановления
элементов с
переменой валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.).

34.

4. Концентрационная функция – способность организмов
концентрировать в своем теле рассеянные химические
элементы, повышая их содержание по сравнению с
окружающей организмы средой на несколько порядков

35.

5. Деструктивная функция - разрушение организмами и продуктами их
жизнедеятельности как самих остатков органического вещества, так и косных
веществ

36.

6. Транспортная функция - перенос вещества и энергии
в результате активной формы движения организмов

37.

7. Средообразующая функция.
С ней связано преобразование физикохимических параметров среды

38.

8. Рассеивающая функция.
Проявляется через трофическую и транспортную
деятельность организмов

39.

9.Информационная
функция.
Она выражается в том, что
живые организмы и их
сообщества накапливают
определенную информацию, закрепляют ее в
наследственных структурах и затем передают
последующим поколениям.

40.

Учение В.И. Вернадского о биосфере – это
целостное фундаментальное учение, органично
связанное с важнейшими
проблемами
сохранения и развития жизни на Земле,
знаменующее
собой принципиально новый
подход
к
изучению
планеты
как
развивающейся, саморегулирующейся системы
в прошлом, настоящем и будущем.

41. Строение биосферы

Биосфера
включает
в себя нижнюю
часть
атмосферы,
всю гидросферу
и верхние слои
литосферы.

42.

Атмосфера — газовая оболочка Земли.
Ее масса около 5,9 · 1015 т.
Химический состав воздуха до
высоты 100 км: азот - 78,09%
кислород- 20,94%, аргон - 0,93 %,
диоксид углерода - 0,03 %,
остальные газы - в микроколичествах).

43.

44. Основные функции атмосферы:

Основные
функции
атмосферы:
1) отделяет планету от космического пространства;
космического
2)
сглаживаетпространства;
резкие колебания температуры;
2) является
3)
сглаживает
средой
резкие
распространения микроорганизмов,
колебания
семян, плодов,
температуры;
а также местообитанием многих насекомых,
3)птиц;
является средой
распространения
4) ослабляет поступление из космоса ультрафиолетовых
микроорганизмов,
семян,
лучей.
плодов, а также
местообитанием многих
насекомых, птиц и
млекопитающих;
4) ослабляет поступление
из космоса
ультрафиолетовых
лучей.

45.

Cвойства атмосферы:
- способность к быстрому перемешиванию и
перемещению воздушных масс на большие расстояния;
- связь с другими сферами (гидросфера, литосфера), что
определяет высокую степень ее самоочищения
Cвойства атмосферы:
- способность к быстрому перемешиванию и
перемещению воздушных масс на большие расстояния;
- связь с другими сферами (гидросфера, литосфера), что
определяет высокую степень ее самоочищения

46.

Таким образом, важную роль во всех природных
процессах, происходящих на Земле, играет атмосфера.
Она служит надежной защитой от вредных космических
излучений, определяет климат данной местности и
планеты в целом. Воздух атмосферы является одним из
основных жизненно
важных элементов окружающей
среды.
Беречь и сохранять его в чистоте – значит сохранять
жизнь на Земле.

47.

48.

49.

Гидросфера — водная оболочка земли, она включает в себя
совокупность поверхностных вод, а также воду, находящуюся
в пределах литосферы и атмосферы

50. Важнейшее свойство гидросферы – единство всех видов природных вод (мирового океана, вод суши, водяного пара в атмосфере,

подземных вод), которое
осуществляется в процессе круговорота воды в природе.

51.

Вода входит в состав клеток и тканей любого животного
и растения.
Сложнейшие реакции в животных и растительных
организмах могут протекать только при наличии воды.
Жизнь на Земле зародилась в воде, она стала первичной
средой для эволюции органического мира и входит
в состав всех живых существ.

52.

Литосфера — внешняя относительно прочная оболочка
включающая земную кору и часть верхней мантии Земли
Земли,

53. Почва – поверхностный плодородный слой земной коры, созданный под совокупным влиянием внешних условий: тепла, воды, воздуха,

Почва – поверхностный плодородный слой земной коры,
Почва
– поверхностный
плодородный
слойвнешних
земной коры,
созданный
под совокупным
влиянием
условий:
созданный
под
совокупным
влияниеми внешних
тепла, воды,
воздуха,
растительных
животныхусловий:
организмов,
тепла,
воды,
воздуха, растительных и животных организмов,
особенно
микроорганизмов
особенно микроорганизмов
Свойства почвы определяют само существование высших и низших
растений, многих животных, образование и распространение
сообществ. Жизненно необходимый обмен минеральными веществами
между биосферой и неорганическим миром происходит именно в почве

54.

Почва – открытая экологическая система, находящаяся в
постоянных обменных взаимодействиях с другими элементами
биосферы, зависящая от их состояния и, в свою очередь,
оказывающая весьма существенное влияние на сопредельные
элементы биосферы (атмосферный воздух, поверхностные и
подземные воды)
Почва представляет собой основной источник продовольствия,
обеспечивающий 95 – 97% продовольственных ресурсов для
населения планеты.

55.

Свойства биосферы
1.Биосфера –
централизованная система.
2. Биосфера –
открытая система.
3. Биосфера –
cаморегулирующаяся
система.
4. Биосфера - система,
характеризующаяся
большим разнообразием.

56.

Таким образом, даже краткое знакомство с биосферой свидетельствует, что
ее свойства и функции прежде всего обусловливаются живым
веществом.
Это значит, что среда, в которой мы живем, - результат прежде всего
функционирования живых организмов, а последние, в свою очередь,
продукт той среды, которая ими создана, результат их медленной
миллионолетней адаптации к изменявшейся среде.
В связи с этим стабильность и устойчивость биосферы возможна при
выполнении условий для сохранения всего многообразия организмов и их
деятельности.

57.

3. Круговорот веществ в биосфере
Большой круговорот веществ (геологический) обусловлен
взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и
осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более
глубокими горизонтами Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет выветривания
магматических пород, в подвижных зонах земной коры вновь
погружаются в зону высоких температур и давлений.
Там они переплавляются и образуют магму – источник новых
магматических пород. После поднятия этих пород на земную
поверхность и действия процессов выветривания вновь происходит
трансформация их в новые осадочные породы.

58.

Круговорот воды - это круговорот воды между сушей и океанами через атмосферу

59.

Малый круговорот веществ (биологический) совершается в пределах
биосферы.
Сущность его состоит в
образовании живого
вещества из
неорганических
соединений в процессе
фотосинтеза и в превращении
органического вещества вновь в неорганические соединения.

60.

Этот круговорот для жизни биосферы - главный, и он сам является порождением
жизни.
Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на
нашей планете, обеспечивая биологический круговорот веществ.
Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая
порождает фотосинтез.

61.

4. Учение о ноосфере

62.

"Ноосфера –
это высшая стадия
развития биосферы,
когда разумная
деятельность
человека становится
главным,
определяющим
фактором развития".

63.

В этом учении основным является тезис о том, что
Человек — это естественная составляющая биосферы,
он появился в результате ее эволюции, и на него, как и на
остальные виды живых существ, распространяются все
законы развития биосферы.

64.

Антропогенные изменения окружающей среды имеют глобальный
характер. То есть, породив Человека, Природа создала новую движущую
силу своего дальнейшего развития. Это значит, что именно Человек
должен принять на себя всю ответственность за современное и будущее
развитие природы.

65.

Становление ноосферы, по В.И. Вернадскому,
процесс длительный, но ряд ученых полагают, что
человечество уже вступило в период ноосферы, хотя многие
считают, что пока
об этом говорить
рано, так как то,
что сейчас
происходит во
взаимодействии
человека и
природы,
трудно увязать
с наступлением
эпохи разума.

66. На этапе биосферы решающую роль играет живое вещество, а на этапе ноосферы – «человек», разумная человеческая деятельность.

67.

В.И. Вернадский:
«Биосфера перейдет
так или иначе,
рано или поздно
в ноосферу...
На определенном
этапе развития
человек вынужден
взять на себя
ответственность
за дальнейшую
эволюцию планеты,
иначе у него
не будет будущего».

68.

Четыре основных положения учения о ноосфере
В.И. Вернадского:
1. Ноосфера - исторически последнее состояние геологической
оболочки биосферы, приспособленная человеком;
2. ноосфера - сфера разума и труда;
3. изменения в биосфере обусловлены как сознательной, так и
бессознательной (превалирует) деятельностью человека;
4.дальнейшее развитие ноосферы связано с развитием
социально-экономических факторов: мир, наука (мирные условия
существования).

69.

Выживание человека возможно лишь при сохранении жизни на Земле.
Это дает надежду, что на базе познания основных экологических
закономерностей, используя современные научные и технические
достижения,
удастся
сконцентрировать
систему
гармоничного
взаимодействия человечества и живой природы.

70.

Благодарю за внимание

71.

В начале 90-х годов XX века американцы торжественно запустили научный эксперимент
«Биосфера-2»

72.

Восемь человек вошли в герметический шлюз, который располагался в аризонской
пустыне

73.

Воздухонепроницаемые стеклянные купола вмещали в себе пять ландшафтных
модулей: джунгли, саванна, болото, пустыня и даже маленький океан с пляжем и
коралловым рифом

74.

Джунгли

75.

76.

77.

Среди этой красоты располагался жилой дом

78.

79.

80.

Весь этот ковчег должен был автономно просуществовать два года, питаясь тем, что
росло под куполом, дыша кислородом, который выделяли растения, очищая и бесконечно
используя одну и ту же воду. Этакая планета в миниатюре, нетронутая технической
революцией, где восемь интеллигентных, просвещенных людей планировали заниматься
простым физическим трудом, собираться за одним обеденным столом, музицировать в
часы досуга и, наконец, работать ради великой цели, на благо науки. Чем не рай?
Оказалось, не всё так просто.

81.

82.

Вскоре перед бионавтами возникла еще одна глобальная проблема. Выяснилось, что
ферма в 20 соток при всех современных технологиях обработки земли способна
обеспечить лишь 80% потребностей колонистов в пище.
Поначалу ужин сервировали в виде шведского стола, однако вскоре из-за этого начали
возникать серьезные конфликты, и еду стали накладывать каждому в тарелку, отмеряя
буквально до грамма. Люди вставали из-за стола голодными и постоянно мечтали о
лакомствах большого мира.
Кладовую,
где
хранилось
главное
лакомство
бионавтов
–
бананы,
после
отвратительного эпизода с анонимным разграблением пришлось запирать на ключ. Перед
тем как отдавать очистки свиньям, люди тщательно выбирали все, что можно было съесть
самим.
Люди потеряли от 10 до 18 процентов массы тела и выглядели удивительно молодо.
Они улыбались из-за стекла журналистам и любопытным туристам, делая вид, что ничего
не
происходит.
Однако
бионавты
чувствовали
себя
все
хуже
и
хуже.

83.

Лето 1992 года стало для бионавтов особенно сложным. Посевы риса были
уничтожены вредителями, так что их рацион на протяжении нескольких месяцев почти
полностью состоял из фасоли, батата и моркови.
Из-за того что небо над «Биосферой-2» почти всю зиму было затянуто облаками,
процесс фотосинтез джунглей ослаб , а значит ослабла и выработка драгоценного
кислорода, и все это снизило и без того скудные урожаи.
Мир вокруг них терял свою красоту и гармоничность. В «пустыне» из-за конденсации
на потолке регулярно выпадали дожди, так что многие растения сгнили. Огромные
пятиметровые деревья в джунглях неожиданно стали хрупкими, некоторые упали,
сломав все вокруг. (Впоследствии, исследуя этот феномен, ученые пришли к выводу, что
его причина крылась в отсутствии ветра под куполом, который укрепляет стволы
деревьев в природе.)
Стоки в рыбных прудах забились, и рыбы становилось все меньше. Животный мир
джунглей и саванны тоже неумолимо сокращался. Прекрасно себя чувствовали только
тараканы и муравьи, которые заполнили все биологические ниши. Биосфера постепенно
умирала.

84.

85.

86.

Каждый день под куполом происходили скандалы. Главной причиной конфликта было то,
капитан бионавов не разрешал обнародовать их проблемы. Он продолжал делать вид, что
эксперимент идет по плану. Половина бионавов были абсолютно согласны с этой позицией. Они
считали, что нужно пробыть под куполом запланированные два года любой ценой. Вторая половина
(еще четверо бионавтов) утверждали, что надо срочно запросить помощь международных ученых,
чтобы понять, почему исчезает кислород. Также неплохо было бы заказать немного воздуха и еды
извне.
Осенью 1992 года содержание кислорода под куполом опустилось до 14%. По ночам
бионавты постоянно просыпались, так как активный фотосинтез растений прекращался, уровень
кислорода резко падал и они начинали задыхаться. К этому моменту все позвоночные животные
биосферы погибли. 26 сентября 1993 года, когда шлюз был торжественно разгерметизирован и люди
вышли наружу. Эксперимент провалился. Биосфера оказалась непригодной для жизни.
Так в чем же состояла таинственная проблема с кислородом? Когда ученые внимательно
осмотрели плачевное состояние разоренных куполов, они пришли к выводу, что роковую роль
сыграли цементные перекрытия. Кислород вступал в реакцию с цементом и оседал в виде окислов
на стенах. Еще одним активным потребителем кислорода оказались бактерии в почве. Для
«Биосферы» выбрали самый плодородный чернозем, чтобы естественных микроэлементов в нем
хватило на долгие годы, однако в такой земле было очень много микроорганизмов, которые точно так
же дышат кислородом, как и позвоночные животные.

87.

88.

Благодарю за внимание