МОСКОВСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МВД РОССИИ

БРЯНСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра гуманитарных дисциплин

Реферат

по дисциплине: Концепции современного естествознания

Тема № 7: «Экология и концепция биосферы »

Подготовил: курсант 25 взвода Марина М.П.

Научный руководитель: преподаватель кафедры

гуманитарных дисциплин подполковник милиции А.А. Рыбаченко

Брянск – 2009 год

Содержание

Введение

1. Предмет экологии. Эволюция представлений о биосфере

2. Концепция биосферы В.И. Вернадского

3. Экологические системы

3.1 Понятие экосистемы и её структура

3.2 Взаимодействие экосистемы и окружающей её среды

3.3 Информация и управление в экосистемах

3.4 Энергетическая характеристика экосистем

4. Глобальные экологические проблемы и пути их решения

Заключение

Список используемых источников

Введение

Биосфера представляет собой наиболее обширное объединение живых существ. Биосферу можно определить как систему биогеоцензов, или живых сообществ. Ввиду сложности такого объединения представления о биосфере менялись и уточнялись с развитием науки, но главным в них оставалась идея обширной и целостной картины живой природы, а также взаимодействия живых систем со средой их обитания. Последние вопросы составляют содержание экологических исследований.

Одна из актуальных проблем экологии — проблема взаимоотношения общества и природы. Еще несколько десятилетий назад реальная взаимосвязь между ними чаше всего носила весьма односторонний характер. Человечество только брало у природы, активно эксплуатировало ее запасы, беспечно считая, что природные богатства безграничны и вечны. В лучшем случае эта взаимосвязь была поэтичной: человек наслаждался красотой природы, призывал к уважению и любви к ней. В целом же дальше эмоциональных призывов человечество не шло. Понимание того, что значит природа для существования и развития общества, сформировано не было. Сегодня проблема взаимоотношений общества и природы из чисто теоретической переросла в остро злободневную, от решения которой зависит будущее человечества.

Прежде чем рассматривать сложную проблему взаимосвязи общества и природы, тенденций в их взаимоотношениях, следует определить основные понятия. Среди массы различных подходов и определений природы одно из наиболее устоявшихся — понимание природы (в широком смысле слова) как всего окружающего нас мира во всем бесконечном многообразии его проявлений. Природа представляет собой объективную реальность, которая существует независимо от сознания человека. В узком же смысле слова, а именно в соотношении с понятием «общество», под «природой» понимают весь материальный мир, за исключением общества, как совокупность естественных условий его существования. Общество же, как форма совместной жизнедеятельности людей является обособившейся частью природы и в то же время неразрывно с ней связано.

1. Предмет экологии. Эволюция представлений о биосфере

Уровень воздействия человека на окружающую среду зависит в первую очередь от технической вооруженности общества. Она была крайне мала на начальных этапах развития человечества. Однако с развитием общества, ростом его производительных сил ситуация начинает меняться кардинальным образом. XX век – это век научно-технического прогресса. Связанный с качественно новым взаимоотношением науки, техники и технологии, он колоссально увеличивает возможные и реальные масштабы воздействия общества на природу, ставит перед человечеством целый ряд новых, чрезвычайно острых проблем, в первую очередь — экологическую.

Что такое экология? Под этим термином, впервые употребленным в 1866 году немецким биологом Э. Геккелем (1834—1919), понимается наука о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой. Ученый полагал, что новая наука будет заниматься только взаимоотношениями животных и растений со средой их обитания. Этот термин прочно вошел в нашу жизнь в 70-х годах XX столетия. Однако сегодня о проблемах экологии мы фактически говорим уже как о социальной экологии – науке, изучающей проблемы взаимодействия общества и окружающей среды.

В буквальном переводе термин «биосфера» обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831—1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т. п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге «Лик Земли», опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж. Б. Ламарк (1744—1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже XIX—XX вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод ее изучения.

Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воздействия биотических, или живых, факторов на абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере меняет лик нашей Земли. Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой — сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача — конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863-1945).

2. Концепция биосферы В.И. Вернадского

Выдающийся российский учёный Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945 гг.) конкретно исследовал, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной коре.

Биосферой называется вся совокупность живых организмов на Земле и всё объёмное пространство, заселённое ими, находящееся под их воздействием и занятое продуктами их деятельности.

Кроме растений и животных, Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество. Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого организма (вещества) в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

По мнению В.И. Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их деятельности:

• открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с диссимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел.

• явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит верхняя часть литосферы (земной коры), гидросфера и нижняя часть атмосферы. Эти три оболочки связаны воедино и приобрели современный облик и состав благодаря грандиозной преобразующей работе живых организмов. Они миллионнократно пропустили через себя весь объём мирового океана, создали почву, наполнили атмосферу Земли кислородом, оставили после себя километровые толщи осадочных пород и топливные богатства недр (костные тела). Не случайно, поэтому В.И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, с нее определяющей.

Занимаясь вопросами биогеохимии, изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Он сформулировал три биогеохимических принципа.

1. Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Этот принцип в наши дни нарушен человеком.

2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающим биогенную миграцию атомов. Этот принцип при антропогенном изменении средних размеров особей биоты Земли (лес сменяется лугом, крупные животные мелкими) начинает действовать аномально интенсивно.

3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца. Вследствие нарушения двух первых принципов космические взаимодействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.

Данные геохимические принципы соотносятся со следующими важными выводами Вернадского:

• каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи с другими организмами и неживой природой;

• жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете;

• совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы все шире распространялись по планете, стимулируя перераспределение энергии и вещества.

Глубоко изучив биосферу, В.И. Вернадский обобщил эмпирический материал в виде основополагающих выводов.

• Принцип целостности биосферы. «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы». Строение Земли, по Вернадскому, есть согласованный механизм. «Твари Земли являются созданием стройного космического процесса, необходимой и закономерной частью сложного космического механизма».

Узкие пределы существования жизни – физические постоянные, уровни радиации и т.п. – подтверждают это. Как будто кто-то создал такую среду, чтобы жизнь была возможна. Какие условия и константы имеются в виду? Гравитационная постоянная, или константа всемирного тяготения определяет размеры звезд, температуру и давление в них, влияющие на ход реакции. Если она будет чуть меньше, звезды станут недостаточно горячими для протекания в них термоядерного синтеза; если чуть больше, звезды превзойдут “критическую” массу и обратятся в черные дыры. Постоянная электромагнитного взаимодействия определяет конфигурацию электронных оболочек и прочность химических связей; ее изменение делает Вселенную мертвой. Экология также показала, что живой мир – единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимозависимостей. Если даже небольшая часть ее погибнет, разрушится и все остальное.

• Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере «все учитывается и все приспосабливается с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в сложных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества».

• Роль живого в эволюции Земли. «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а поэтому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом ... Все минералы верхней части земной коры – свободные алюмокремниевые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты окиси железа и алюминия и многие сотни других – непрерывно создаются в ней под влиянием жизни».

• Космическая роль биосферы в трансформации энергии. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии. “Можно рассматривать всю эту часть живой природы как дальнейшее развитие одного и того же процесса превращения солнечной световой энергии в действенную энергию Земли”.

• Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяций возрастают до тех пор, пока среда может выдержать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

• Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.

• Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни – физиико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обуславливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет азоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал в 433^оС (от -252^о С до +180^о С) является предельным тепловым полем.

• Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма. Само живое вещество не является случайным созданием.

• Повсеместность жизни в биосфере. Жизнь постоянно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

• Формы нахождения химических элементов:

1. горные породы и минералы;

2. магмы;

3. рассеянные элементы;

4. живое вещество.

Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел: раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний, и организм вводит в себя только необходимое количество элементов.

• Постоянство количества живого вещества в биосфере. Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества. Это обобщение справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, и оно используется для того, чтобы показать, что живое вещество является посредником между Солнцем и Землей и, стало быть: либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.

Вернадский сформулировал идею автотрофности человека, которая приобрела интересный поворот в рамках обсуждения проблемы создания искусственных экосистем в космических кораблях. Пока искусственная биосфера представляет собой очень сложную и громоздкую систему. То, что в природе функционирует само собой, человек может воспроизвести только ценой больших усилий. Но ему придется это делать, если он хочет осваивать космос и совершать длительные полеты. Необходимость создания искусственной биосферы в космических кораблях поможет лучше понять биосферу естественную.

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней био-геохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь её расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты (эклиптики). Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь – жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Эту её роль образно выразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер (1814 – 1878 гг.), отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча.