УЧЕНИЕ О
БИОСФЕРЕ
Лекция 15
Экология, радиоэкология и основы энергосбережения И.В. Абрамова
2013 БрГУ имени А.С. Пушкина
1. Учение В.И. Вернадского о
биосфере.
2. Биосфера, состав, границы.
3. Живое вещество. Функции живого
вещества.
1. Учение В.И. Вернадского о
биосфере.
1802 г. Ж.Б. Ламарк «Гидрогеология»«…в природе существует особая сила, могущественная
и непрерывно действующая, которая обладает способностью образовывать сочетания, умножать их разнообразить их…»
«влияние живых организмов на вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его внешнюю кору, весьма значительно, потому что эти существа, бесконечно разнообразные и многочисленные, с непрерывно сменяющимися поколениями, покрывают своими постепенно накапливающимися и все время отлагающимися остатками все участки поверхности земного шара»
Биосфера 1875 г. Эдуард Зюсс (австрийский геолог)
«Лик Земли»
поверхностный слой Земли, в котором обитают организмы
1845-1862 гг. Александр фонГумбольдт«Космос»
1899 г. Василий Васильевич Докучаев
учение о географических зонах
«Изучались, главным образом, отдельные тела, минералы, горные породы, растения и животные, - и явления, отдельные стихии (огонь, вода, земля, воздух, в чем, повторяем, наука и достигла удивительных результатов, но не их соотношения, не та генетическая, вековечная и всегда закономерная связь между силами, телами и явлениями, между мертвой и живой природой, между растительным, животным и минеральным царствами, с одной стороны, человеком, его бытом и даже духовным миром - с другой. А между тем, именно эти соотношения, эти закономерные взаимодействия и составляют сущность познания естества, лучшую и высшую прелесть естествознания»
В.В. Докучаев
Владимир Иванович Вернадский
1926 г. «Биосфера» (очерки«Биосфера в космосе» и «Область жизни»)
1944 г. «Несколько слов о ноосфере»
1965 г. «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения»
1978 г. «Живое вещество»
В.И.Вернадский
(1863-1945)
Лик Земли не является результатом случайных явлений, а отвечает определенной резко ограниченной геологической земной оболочке –биосфере – одной из многих других, имеющих определенную структуру, характерную для земных планет. Эту структуру удобно называть организованностью по характеру идущих в ней геологических процессов
В.И. Вернадский
Биосфера
греч. bios – жизнь, sphaira – шар
это та оболочка Земли, в которой
существовали и существуют живые
организмы и в образовании которой они
играли и играют основную роль.
2. Биосфера, состав, границы
Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4 ∙ 1012 т
(около 0,01 % массы всей биосферы).
97 % из этого количества занимают растения, 3 % – животные.
Биосфера(как место обитания организмов)
аэробиосфера гидробиосфера
аквабиосфера
маринобиосфера
геобиосфера
террабиосфера
(фитосфера и педосфера)
литобиосфера
Гидробиосфера(по интенсивности света)
фотосфера дисфотосфера1%
афотосферамеланобиосфера
Биосфера
Фотобиосфера Меланобиосфера
Мегабиосфера
Апобиосфера
Парабиосфера
Биосфера
Метабиосфера
Выше 60-80 км, биогены
заносятся в незначительном
количестве
Верхняя граница –
озоновый экран
Верхняя граница – на высоте 6
км, нижняя граница – на
глубине 4 км
«область былых биосфер»
Слой литосферы,
преобразованный жизнью, но в
котором живые существа
отсутствуют
Слой атмосферы, вся гидросфера и часть
литосферы, где постоянно или временно
присутствует жизнь или те слои, которые в
прошлом преобразованы или испытывали
влияние «былых биосфер»
Экологический
энциклопедический
словарь
Панбиосфера
ли
тоб
ио
сф
ер
а
ли
тос
фе
ра те
рр
аб
ио
сф
ер
афитосфера
педосфера эуб
ио
сф
ер
а
гид
ро
би
осф
ер
а
ма
ри
но
би
ос
фе
ра
акв
аб
ио
сф
ер
а
аэр
об
ио
сф
ер
а
гео
би
ос
фе
ра
мега
би
осф
ер
а
тр
оп
ос
фе
ра
стр
ато
сф
ер
а
артебиосфераапобиосфера
парабиосфера
альтобиосфера
тропобиосфера
гипотеррабиосфера
теллурибиосфера
гипобиосфера
абиосфера
метабиосфера
Основные подходы:- энергетический (связь биосферных явлений
с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);
- биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);
- информационный (принципы организации и управления в живой природе);
- пространственно-временной(формирование и эволюция различных структур биосферы);
- ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).
Пределы выживания организмов:
В латентном состоянии могут переносить температуру от абсолютного нуля до 180º, давление – от малых долей атмосферы до тысячи и более атм. на больших глубинах.
Споры бактерий, мицелий некоторых грибов не теряют жизнеспособности в условиях высокого вакуума (10-11 мм рт. ст.).
Бактерии могут выдерживать облучение 2–3 млн рад при температурах жидкого воздуха, переносить температуры жидкого воздуха (-192º), гелия (-268,9º), водорода (-259,1º).
3. Живое вещество и его функции
живое вещество
косное вещество
биогенное вещество
биокосноевещество
радиоактивное вещество
вещество рассеянных
атомов
космическое вещество
Группы вещества (по В.И. Вернадскому)
Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей. Живое вещество представлено совокупностью живых организмов, существующих в данный момент времени и численно выражено в элементарном химическом составе, в весе, энергии. Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием, размножением
В.И. Вернадский
Аксиомы теоретической биологии по
Б.М. Медникову, 1982
1. Все живые организмы оказываются единством фенотипа и программы
для его построения (генотипа), передающейся по наследству из
поколения в поколение (аксиома Вейсмана).
2. Генетическая программа образуется матричным путѐм. Как матрица, на
которой строится ген будущего поколения, используется ген
предшествующего поколения (аксиома Н.К. Кольцова).
3. В процессе передачи из поколения в поколение генетические программы
в результате различных причин изменяются случайно и ненаправленно,
и лишь случайно такие изменения могут оказаться удачными в данной
среде (1-я аксиома Ч. Дарвина).
4. Случайные изменения генетических программ при становлении
фенотипа многократно усиливаются (аксиома Н.В. Тимофеева-
Ресовского).
5. Многократно усиленные изменения генетических программ организма
подвергаются отбору условиями внешней среды (2-я аксиома
Ч.Дарвина).
Особенности живого вещества Химический состав
Элементы
Макроэлементы МикроэлементыУльтрамикро-
элементы
H-10%, O-70%, C-18%,
N-2%
Na, K, Ca, Mg, Fe,
P, S, Cl
Zn, Cu, I, F, Mo, Mn, Co Au, U, Ra, Se и др.
Особенности живого вещества
Способ использования энергии
Способность к самовоспроизведению
Высокая функциональная
активность. «Напор жизни»
1940 г. В.И.Вернадский
1 Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере стремится к максимальному своему проявлению (жизнь стремится заполнить в максимальном объеме любое пригодное для нее пространство).
2 Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы (увеличение продуктивности растений и животных в ходе эволюции).
3 В течение геологического времени, с криптозоязаселение нашей планеты было максимально возможным для живого вещества, которое тогда существовало.
4 Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа.
Фундаментальные законы геохимической
деятельности живых организмов в
биосфере
Пять основных биосферных
функций живого вещества:
энергетическая функция
газовая функция концентрационная
функция
окислительно-восстановительная
функция
деструктивная функция
Формы концентрации живого
вещества в биосфере
Пленки жизни
Приурочены к границам раздела фаз
В океане 2 пленки (планктонная и донная)
На суше 2 пленки (наземная и почвенная)
Сгущения жизни
На суше: леса, болота, поймы рек, озера
В океане:
1. Прибрежное,
2. Саргассовое,
3. Рифовое,
4. Апвеллинговое,
5. Абиссальное рифтовое