Цели урока: дать общую характеристику биосферы, проанализировать основные положения учения В. И. Вернадского о биосфере и роль в ней живых организмов; развивать логику и экологическое мышление; воспитывать понимание собственной ответственности за существование жизни на Земле.
Понятие «биосфера» (от греч. Биос - жизнь) предложил 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. Учение о биосфере как особую часть Земли, населенную живыми организмами, создал украинский ученый В. И. Вернадский, хотя, по его мнению, впервые к этой идее приблизился французский биолог Ж. Б. Ламарк.
Биосфера не образует отдельной оболочки Земли, а является частью геологических оболочек земного шара, заселенных живыми организмами. Она занимает верхнюю часть литосферы, всю гидросферу и нижний слой атмосферы. Это совокупность всех биогеоценозов земли, единственная глобальная экосистема высшего порядка.
В. И. Вернадский еще в первой половине XX века предвидел, что биосфера разовьется в ноосферу (термин предложил 1927 французский ученый Э. Леруа и П. Тейяр де Шарден). Сначала В. И. Вернадский рассматривал ноосферу (от греч. Ноос - разум) как особую «умственную» оболочку Земли, которая развивается вне биосферы. Но впоследствии он пришел к выводу, что ноосфера - это определенное состояние биосферы, при котором умственная деятельность человека становится определяющим фактором ее развития. В частности, он отмечал, что биосфера переходит в новый этап - ноосферу - под влиянием научной мысли и человеческого труда. Человечество все больше отличается от других компонентов биосферы как новая биогенная геологическая сила. Благодаря своей научной мысли, воплощенной в технических достижениях, человек осваивает те части биосферы, куда она раньше не проник-
Для ноосферы, как нового качественного этапа развития биосферы, характерна тесная связь законов природы и социально-экономических факторов общества, основанный на научно обоснованном рациональном использовании природных ресурсов, которое предусматривает восстанавливаемость круговорота веществ и потока энергии. Характерной чертой ноосферы является экологизация всех сфер человеческой жизни. К решению любых проблем человек должен подходить с позиции экологического мышления, т.е. сохранения и улучшения состояния природной среды.
Итак, ноосфера - это качественно новая форма организации биосферы, которая формируется вследствие ее взаимодействия с человеческим обществом и предусматривает гармоничное сосуществование природы и человека.
В.И.Вернадский подробно анализировал роль живых организмов в преобразовании земной коры: разрушении горных пород, почвообразовании, формировании осадочных пород, круговорота, перераспределении и концентрации химических элементов в биосфере.
Всю совокупность организмов на планете Земля В. И. Вернадский называл живым веществом. Основными ее характеристиками является суммарная большинство, химический состав и энергия.
Энергия живого вещества биосферы прежде всего проявляется в способности организмов к размножению и распространению. Жизнь на планете имеет значительную устойчивость к изменениям интенсивности различных экологических факторов, определяющим границы биосферы. В состоянии анабиоза организмы могут выдерживать значительные колебания температуры и давления. Поэтому организмов нет только в толще ледников и в кратерах действующих вулканов.
Одним из свойств живого вещества является ее постоянный обмен с окружающей средой. Вследствие этого через организмы проходит значительное количество химических элементов. Хотя в состав живых существ входят те же химические элементы, что и в неживых объектов, однако, как известно, в живых существах и неживой природе они находятся в разных соотношениях. Если в неживых объектах на нашей планете по числу атомов наиболее распространенными являются О (63%), Si (21,2%), Al (6,5%), Na (2,4%), Fe (1,9 %) и Ca (1,9%), то в живых первых по содержанию занимают H (64%), В (25,6%), С (7,5%), N (1,25%), Р (0,24%), S (0,06%). Это напрямую связано с их химическими и физическими свойствами. Так, кислород и водород образуют воду, которая есть и универсальным растворителем и средой, в которой происходят биохимические реакции. Наличие азота крайне важна для образования важнейших информационных молекул - ДНК и РНК. Фосфор участвует в образовании макроэргических связей, т.е. является важнейшим компонентом систем обеспечения клеток энергией. А Сера играет важную роль в формировании пространственного строения биологических молекул.
Если же взять, например, кремний, которого очень много на нашей планете, то он, как и Карбон, способен связываться с четырьмя другими атомами, но за больший диаметр своего атома, он хуже образует макромолекулярные цепочки.
Живым организмам для осуществления биохимических процессов необходимы вещество и энергия, которые они получают из окружающей среды, при этом значительно превращая последнее. В результате постоянного и непрерывного обмена с окружающей средой различные химические элементы поступают в живые существа, могут в них накапливаться, исходя из организма только через определенное время, или хранятся в нем в течение всей жизни. Постоянный круговорот веществ и поток энергии обеспечивает функционирование биосферы как целостной системы.
В процессе деятельности биосферы живое вещество (продуценты) способна накапливать солнечную световую энергию, превращая ее в энергию химических связей. Суммарная первичная продукция автотрофных организмов определяет биомассу биосферы в целом. Ученые подсчитали, что благодаря фотосинтезу ежегодно живое вещество Земли продуцирует около 160 млрд т сухого органического вещества, из которого примерно 1/3 синтезируется биогеоценозами Мирового океана, а 2/3 - биогеоценозами суши.
Живое вещество (продуценты) биосферы выполняет разнообразные функции: газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную, связанные с процессами обмена веществ живых существ.
Газовая функция живого вещества заключается в воздействии живых организмов в процессе своей жизнедеятельности на газовый состав атмосферы, Мирового океана и почвы. Все аэробные существа при дыхании поглощают кислород и выделяют углекислый газ, а зеленые растения и цианобактерии в процессе фотосинтеза, наоборот, поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Жизнедеятельность организмов, например бактерий, может влиять на концентрацию других газов (сероводорода, метана, азота и т.п.).
Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что с помощью живых организмов в почве, воде и атмосферном воздухе окисляется ряд веществ. Например, железобактериями способны окиснюваты соединения железа, сиркобактерии - соединения серы и т.д.. Живые организмы способны также и восстанавливать определенные соединения (например, денитрифицирующие бактерии способны восстанавливать нитраты и нитриты до молекулярного азота или его оксидов).
Концентрационная функция заключается в поглощении живыми существами определенных химических элементов из окружающей среды и накопление их в своих организмах. Так, моллюски, фораминиферы, ракообразные, позвоночные животные могут накапливать в своих организмах неорганические соединения кальция и фосфора, радиолярии - стронция и кремния, бурые водоросли - йода и т.д..
За период исторического развития Земли сформировались такие оболочки, как литосфера, гидросфера и атмосфера. Часть этих оболочек, населенная живыми организмами, называется биосферой, которая представляет собой совокупность всех биогеоценозов Земли, единую экосистему высшего порядка. Биосфера занимает всю толщу гидросферы, верхние слои литосферы и нижние - атмосферы. В. И. Вернадский создал учение о ноосфере - качественно новое состояние биосферы, при котором умственная деятельность человека в значительной мере обусловливает ее развитие. Живое вещество биосферы (вся совокупность организмов нашей планеты) обеспечивает постоянный круговорот веществ и поток энергии на планете, осуществляет значительную биогенную работу по превращению оболочек Земли.
Дать ответы на вопросы:
1. Что такое биосфера?
2. Каковы основные положения учения В. И. Вернадского о биосфере?
3. Что такое ноосфера и какое значение она имеет для нашей планеты?
4. Какую роль играют живые организмы на нашей планете?