- •Тема 1. История развития представлений о биосфере
- •I. Эволюция философских представлений о единой картине мира и предпосылки формирования учения о биосфере.
- •II. Формирование учения о биосфере, как научного направления
- •Тема 2. Современные представления о структуре и происхождении Вселенной. Солнечная система. Планета Земля.
- •I. Происхождение и строение Вселенной
- •III. Происхождение и строение Солнечной системы и планеты Земля
- •IV. Форма и внутреннее строение Земли
- •Внутренние строение Земли
- •V. Геофизические поля Земли
- •Геофизические поля
- •3. Электрические и электромагнитные поля Земли
- •Источники теплового ( геотемпературного) поля Земли
- •Тема 3. История Земли и ее внешние оболочки
- •I. Эволюция внешнего облика Земли
- •Эволюция планеты Земля
- •II. Внешние оболочки Земли
- •Классификация свободных вод гидросферы
- •Происхождение и эволюция гидросферы
- •Происхождение и эволюция атмосферы
- •I. Границы биосферы
- •Границы биосферы (по г.В. Войткевичу и в.А. Вронскому)
- •II. Состав и свойства биосферы
- •Биогеохимические функции живого вещества в биосфере
- •(Андрей Витальевич Лаппо, 1987 г.)
- •IV. Работа живого вещества в биосфере и биогеохимические принципы
- •Тема 5. Биоразнообразие органического мира и уровни организации жизни на земле
- •I. Биоразнообразие органического мира
- •Распределение биомассы организмов Земли
- •II. Уровни организации живых систем
- •Уровни и подуровни организации живых систем
- •III. Биосфера – как глобальная экосистема
- •1. Абиотическая часть экосистемы (экотоп) или биотоп
- •2. Биотическая часть экосистемы (биота) или биоценоз
- •П о типу дыхания
- •П о типу питания
- •П о месту в пищевой цепи
- •IV. Среда обитания и экологические факторы среды
- •Э кологические факторы
- •Тема 6. Возникновение жизни и этапы развития живых организмов
- •I. Теории возникновение жизни (биосферы) на Земле.
- •II. Основные этапы развития живых организмов
- •Этапы развития жизни на Земле
- •Тема 8. Биогеохимический круговорот веществ в биосфере
- •I. Виды круговоротов химических элементов
- •К руговорот веществ в природе
- •Круговорот воды
- •II. Поступление и распределение солнечной энергии в пределах Биосферы
- •III. Биогеохимические циклы
- •Биогеохимический цикл азота
- •Биогеохимический цикл фосфора.
- •Биогеохимический цикл серы.
- •Биохимический цикл углерода.
- •Тема 9. Биокосные системы Земли
- •I. Почва, как биокосная система
- •1. Определение почвы и е состав
- •2. Строение и классификация почв
- •Типы почв
- •3. Функции педосферы:
- •4. Почвообразование и эволюция почв
- •II. Илы как биокосные системы
- •III. Кора выветривания – биокосная система
- •2. Классификация кор выветривания
- •IV. Поверхностные воды как биокосные системы
- •V. Водоносные горизонты как биокосная система
- •VI. Геохимические ландшафты как биокосные системы
- •Тема 10. Осадочные породы как биокосная система
- •Карбонатные осадочные породы
- •Кремнистые осадочные породы
- •Каустобиолиты
- •Фосфатные осадочные породы
- •Железистые осадочные породы
- •Марганцевые осадочные породы
- •Аллитные породы
- •Соли, сода, глинистые и обломочные породы
- •Тема 11. Человек и биосфера
- •I. Место человека в системе животного мира
- •25 Млн. Лет назад
- •16 До 12 млн. Лет назад
- •Горилле Шимпанзе Человеку
- •III. Выделяют четыре стадии антропогенеза:
- •IV. Воздействие человека на экосистемы Земли
- •Тема 12. Формирование учения о ноосфере, как научного направления
- •Строение ноосферы
- •Техносфера
- •Социосфера
- •Идеосфера
IV. Работа живого вещества в биосфере и биогеохимические принципы
Живое вещество неотделимо от биосферы и я является одной из самых могущественных геохимических сил нашей планеты. В.И. Вернадский, подразделял процессы, осуществляемые в биосфере живым веществом, по характеру самих процессов.
По В.И. Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:
- химической (биохимической) – I род геологической деятельности;
- механической – II род геологической деятельности.
Геологическая деятельность I рода – проявляется в обмене веществ внутри живых организмов в результате которого происходит постоянных кругооборот атомов (например, в течение жизни человека через его тело проходит 75 т воды, 17 т углеродов, 2,5 т белков, 1,3 т жиров).
При этом большое значение имеет:
1. Размер организмов – чем меньших размеров организм, тем выше его геохимический эффект. Поэтому, наиболее значимой в биосфере оказывается деятельность прокариот – бактерий и цианобактерий.
2. Количество пропускаемого через организм вещества. В этом отношении максимальный геохимический эффект на суше имеют грунтоеды, а в океане – илоеды и фильтраторы.
Еще Чарлз Дарвин подсчитал, что слой экскрементов, выделяемых дождевыми червями на плодородных почвах Англии, составляет около 5 мм в год! Таким образом, почвенный пласт мощностью в 1 м дождевые черви полностью пропускют через свой кишечник за 200 лет.
В океане с дождевыми червями по “пропускной способности” могут конкурировать их близкие родственники, представители того же типа кольчатых червей – полихеты, а также ракообразные. Достаточно 40 экземпляров полихет на 1 м2, чтобы поверхностный слой донных осадков мощностью в 20 – 30 см ежегодно проходил через их кишечник. Субстрат при этом существенно обогащается кальцием, железом, магнием, калием и фосфором по сравнению с исходными илами.
Биогенная миграция атомов II рода – механическая – отчетливо проявляется в наземных экосистемах с хорошо развитым почвенным покровом, позволяющим животным создавать глубокие укрытия (например, гнездовые камеры термитов, например, расположены на глубине 2 – 4 м от поверхности).
Биогенная миграция атомов II рода распространена:
1. В наземных экосистемах - рытье нор различными животными, насекомыми и т.д. Благодаря деятельности землероев, в верхние слои почвы попадают первичные невыветрившиеся минералы, которые, разлагаясь, вовлекаются в биологический круговорот.
2. В морских экосистемах - на дне моря, в зоне прибоя и на перемываемом волнами песке.
Олигохеты и полихеты углубляются в грунт на 40 см и более. Двустворчатые моллюски зарываются обычно неглубоко, но некоторые из них – солениды и миа – роют норы, которым позавидует и сурок: они достигают глубины нескольких метров.
Водоросли и губки, бактерии и моллюски, полихеты, морские ежи, рачки сверлят скальные породы. Так, сверлящая деятельность моллюсков фолад вызывает иногда катастрофические последствия.
Когда в районе Сочи в результате непродуманного строительства берег обнажился от гальки, он начал отступать со скоростью до 4 м в год. Главным виновником разрушения были фолады, которые заселили каждый метр скального берега, сложенного глинистыми сланцами, и принялись дружно сверлить себе подводные норки. К счастью, был найден выход: берег стали укреплять поперечными стенками, а между ними засыпать гальку. В результате сверлильщики были уничтожены, движущаяся под ударами волн галька перемолола их. А в Западной Европе не менее опасную деятельность проводит случайно завезенный из Китая мохнаторукий краб – он проник во многие реки, и, строя свои норы, подрывает берега и разрушает плотины.
К биогенной миграции II рода можно отнести:
3. Перемещение самого живого вещества. Сюда относятся сезонные перелеты птиц, перемещения животных в поисках корма, массовые миграции животных. Естественно, что все эти разнообразные формы движения живого вызывают и транспортировку небиогенного вещества.
Проблемами геохимической деятельности живого вещества также занимались русские ученые Н.И.Андрусов и Т.В. Аристовская
Никола́й Ива́нович Андру́сов (1861 —1924) - русский геолог, минералог и палеонтолог, химическая деятельность организмов сводил к двум категориям:
- во-первых, к образованию на наружной поверхности или внутри твердых выделений, способных сохраняться;
- во-вторых, к образованию жидких и газообразных выделений, способных вступать в различные химические реакции с окружающим неорганическим миром.
Татьяна Вячеславовна Аристовская (1912 -2004) – российский почвовед-микробиолог, считала:
- что миграция атомов химических элементов может быть как прямым, так и косвенным результатом жизнедеятельности организмов (в первую очередь бактерий).
Для понимания работы живого вещества в биосфере В.И. Вернадский ввел три биогеохимических принципа:
I принцип: «Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению».
Данный принцип тесно связан со способностью живого вещества неограниченно размножаться в оптимальных условиях. Доказано (теоретически) , что при оптимальных условиях:
- одна диатомовая водоросль за 8 дней может образовать массу материи равную объему Земли, а в течение следующего дня удвоить эту массу;
- одна бактерия холеры способна за 30 часов покрыть сплошной пленкой всю поверхность планеты;
- одна инфузория туфелька может за пять лет выработать протоплазму, по объему в десятки тысяч раз превышающую нашу планету.
Однако, идеальная геохимическая активность не реализуется прежде всего:
- из-за ограниченности территории, заполненной живым веществом с определенной плотностью;
- из-за потока солнечных лучей, достигающих земной поверхности.
По подсчетам В.И.Вернадского, каждый момент на Земле размножением создается 1020 - 1021 г. живого вещества. Такое же количество вещества разрушается. Этот процесс он назвал динамическим равновесием.
II принцип: “Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы» или в другой формулировке: «При эволюции видов выживают те организмы, которые своею жизнью увеличивают биогенную геохимическую энергию».
Данный принцип затрагивает вопрос о направленности эволюции организмов. По мысли В.И. Вернадского, преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или “научились” полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах. В ходе биологической эволюции, таким образом, увеличивается “КПД” биосферы в целом. Уменьшению биогенной миграции препятствует борьба за существование.
III принцип: “В течение всего геологического времени, с криптозоя, заселение планеты должно было быть максимально возможное для всего живого вещества, которое тогда существовало”.
Данные принцип связан со “всюдностью” или “давлением” жизни. Этот фактор обеспечивает безостановочный захват живым веществом любой территории, где возможно нормальное функционирование живых организмов.
Время захвата данным видом всей поверхности нашей планеты у разных организмов может быть выражено следующими цифрами (сутки):
бактерия холеры - 1,25 |
птицы (куры) - 5600-6100; |
инфузория туфелька - 10,6 (максимум) |
крысы - 2800 |
диатомовые - 16,8 (максимум) |
дикая свинья - 37 600; |
зеленый планктон - 166-183 (среднее) |
слон индийский - 376 000 |
насекомые (домовая муха) – 366 |
|
Воздавая должное памяти основоположника учения о биосфере, геохимик Александр Ильич Перельман (1916-1998) предложил назвать «Законом Вернадского» следующее положение:
«Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2S и т.д.) преимущественно обусловлены живым веществом как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».