основателем учения о биосфере является
Учение В. И. Вернадского о биосфере
Биосфера (греч. bios — жизнь, sphaira — шар, сфера) — внешняя оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы (до высоты 25…30 км, т. е. до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы (примерно до глубины 3 км). Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами.
Согласно В. И. Вернадскому, биосфера — это область распространения жизни, включающая наряду с организмами среду их обитания (нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы, гидросферу) и связанная в единое целое обменом веществ и энергии. Биосфера является геологической оболочкой Земного шара. Наиболее благоприятные условия для жизни сконцентрированы у поверхности суши и воды, поэтому здесь максимально сконцентрировано живое вещество.
Под живым веществом В. И. Вернадский понимал все количество живых организмов планеты как единое целое. Оно образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли. По подсчетам ученых, общая живая масса планеты составляет 2420 млрд т, что более чем в две тысячи раз меньше самой легкой оболочки Земли — атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду (в настоящее время живые существа не обнаружены лишь в области обширных оледенений и кратерах действующих вулканов.)
Таким образом, биосфера, в соответствии с концепцией В. И. Вернадского, включает в себя:
К функциям биосферы относятся:
Являясь глобальной экосистемой, биосфера, как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической частей.
Абиотическая часть биосферы представлена:
Биотическая часть биосферы состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь, — биогенный ток атомов, т. е. обмен веществом между всеми частями биосферы, который обеспечивается благодаря дыханию, питанию и размножению живых организмов.
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:
Экология. 10 класс
Конспект урока
Урок № 8. Биосферный уровень организации жизни. Биосфера как глобальная экосистема
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:
— что такое биосфера и ноосфера.
— описывать биосферу как глобальную экосистему;
— представлять основные особенности её организации;
— описывать структуру биосферы;
— воспринимать природу как ценностный объект охраны и защиты.
— излагать суть учения В. И. Вернадского о ноосфере;
— объяснять значимость формирования экологической культуры населения как необходимого условия развития ноосферы.
Биосфера – внешняя оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими.
Косное вещество (тяготеющий к постоянному, неподвижный) – горные породы неорганического происхождения и вода; это вещество является субстратом или средой для проживания живых организмов;
Биогенное вещество – органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами в течение геологической истории (каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть, газы биосферы – кислород, углекислый газ, вода, аммиак, сероводород и другие), являющиеся источником чрезвычайно мощной потенциальной энергии;
Живое вещество – все количество живых организмов планеты как единое целое. Играет ведущую роль в поддержании свойств биокосных веществ.
Биогеохимический цикл – это круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и энергии химических реакций.
Ноосфера – это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития
Основная и дополнительная литература (точные библиографические данные с указанием страниц):
Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии):
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
Биосфера (от др. греч. βιος – жизнь и σφαῖρα – сфера, шар) – это внешняя оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими.
Впервые употребил понятие «биосфера» в 1804 г. Ж.-Б. Ламарк. Основоположником учения о биосфере является В. И. Вернадский.
Основные положения теории биосферы Земли, по В.И. Вернадскому: биосфера включает в себя не только живое, но и неживое (косное) вещество; между живым и косным веществом существует неразрывная и постоянная связь. Сущность учения В.И. Вернадского заключается в признании исключительной роли живого вещества, преобразующего облик планеты. Другой главнейший аспект учения Вернадского – разработанное им представление об организованности биосферы, которое проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого вещества, во взаимной приспособляемости организмов и среды.
Всё вещество биосферы разделено на четыре категории: косное, биогенное, биокосное и живое. Каждая категория играет определённую роль.
Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (до озонового слоя – на высоте 20-25 км), всю *гидросферу и верхнюю часть литосферы, то есть ту область, где существует жизнь, живые организмы. В настоящее время принято считать, что верхняя граница биосферы располагается на высоте примерно 85 км над поверхностью Земли, поскольку именно на такой высоте (в стратосфере) обнаружены споры микроорганизмов в латентном (скрытом, спящем) состоянии. Нижняя граница биосферы располагается в глубинах литосферы, где температура достигает 100 0 С и находится на глубине 1,5-2 км и 7-8 км (в зависимости от типа пород). Последние данные свидетельствуют о том, что некоторые бактерии могут существовать при температурах от абсолютного нуля до +180 0 С, в вакууме, в ядерных реакторах.
Биосфера структурно организована и рассматривается как глобальная экосистема. Жизнь на Земле зависит от круговорота важнейших химических веществ, в которых непосредственное участие принимает живое вещество.
Впервые термин ноосфера был предложен в 30-е годы французскими философами и естествоиспытателями (Тейяр де Шарден, Ле-Руа). В буквальном смысле термин означает «сфера разума» (ноос – разум).
Ноосфера – это высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. Научная мысль и деятельность человека изменили структуру биосферы, обусловили физические и химические изменения всех ее оболочек (атмосферы, литосферы, гидросферы).
Понятие «ноосфера» наполнил смыслом и развил Вернадский, в частности, в 1944 г. в статье «несколько слов о ноосфере», опубликованной перед его смертью, ученый приводит свои мысли о дальнейшем развитии биосферы и ее переходе в новое качество – ноосферу. Вернадский подчеркивал особую роль живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы. Среди всех живых существ он выделил человека как мощную геологическую силу, способную оказывать влияние на ход различных процессов в охваченной ее воздействием среде Земли и околоземном пространстве. Человек способен перестраивать эту среду согласно своим представлениям и потребностям (благодаря человеческому труду, интеллекту).
Круговорот веществ в природе
Важнейшей особенностью биосферы является биотический круговорот элементов. Круговорот связывает в единое целое организм и его среду. Это непрерывная миграция химических веществ из среды в организм и обратно, объединяющая всё живое с неживой природой. Непрерывный ток атомов от живого к живому осуществляется прежде всего по пищевым сетям; это малый биологический круговорот.
Продукты жизнедеятельности всего живущего на Земле, увлекаемые перемещением водных масс и атмосферными газами, так или иначе попадают в большой геологический цикл круговорота веществ.
Поглощённые из внешнего окружения элементы задерживаются в живом не так уж долго. По научным расчётам, земной запас двуокиси углерода проходит через совокупность всего живого за 300 лет, кислород атмосферы – за 2000 лет, вода суши и океанов – за 2 млн лет.
Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля (не менее 2 заданий):
Информация о тестовом вопросе:
Текст задания: Заполните пропуски в тексте.
Все _________ существа, кроме ___________, получают необходимую для жизнедеятельности организмов ___________ через питательные вещества, входящие в состав растений.
Информация об ответах
Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные):
Правильный вариант/варианты (или правильные комбинации вариантов): живые, продуцентов, энергию
Укажите общую информацию об элементе:
Название элемента: Подстановка элементов в пропуски в тексте
КЭС: Биосфера, ноосфера, экологические связи в системе «человек-общество-природа», экологическая культура как условие достижения устойчивого (сбалансированного) развития общества и природы, возможности устойчивого развития различных биологических и социальных моделей, эволюция развития экосистем. Динамические модели для управления устойчивым развитием социально-экономических систем, прогноз развития неравновесных экосистем.
Контрольный или тренировочный?
Информация о тестовом вопросе:
Текст задания: Вычеркните неверные утверждения.
Биосфера включает в себя только живое вещество. Между живым и косным веществом не существует неразрывной и постоянной связи.
Информация об ответах
Тип вариантов ответов: (Текстовые, Графические, Комбинированные).
Биосфера включает в себя только живое вещество. Между живым и косным веществом не существует неразрывной и постоянной связи.
Вернадский и его учение о биосфере
Урок 16. Экология 5 класс
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Вернадский и его учение о биосфере»
Впервые термин «биосфера» встречается в 1802 году в трудах Жана Батиста Ламарка применительно к живым организмам.
Позже термин «биосфера» в значении «лик Земли» использовал австрийский геолог Эдуард Зюсс. При описании горной системы Альп в 1875 году Зюсс обозначил этим термином тонкую плёнку земной поверхности, населённую жизнью. Однако ни один из этих учёных не развил представлений о биосфере и не дал какого-либо конкретного определения этому термину.
Одним из выдающихся учёных, посвятивших себя изучению биосферы, был академик Владимир Иванович Вернадский. У него есть множество работ и именно он стал основателем биогеохимии — нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.
Владимир Иванович Вернадский
Также он ввёл в науку общее понятие «живое вещество», представляющее собой совокупность микроорганизмов, водорослей, грибов, растений и животных.
Биосферу Вернадский определял, как область жизни, включающую и живые организмы, и среду их обитания. На границы и развитие биосферы влияют различные факторы:
· вода в жидком состоянии.
Прежде всего, Вернадский определил пространство, которое охватывает биосфера Земли, — вся гидросфера до максимальных глубин океанов, верхняя часть литосферы материков и нижняя часть атмосферы. Это границы распространения жизни на Земле.
Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества, несовместимые с жизнью, и чрезмерно солёная вода.
Облик Земли, её атмосфера, осадочные породы, ландшафты — все это результат жизнедеятельности живых организмов. Особую роль в становлении облика нашей планеты Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубине столетий.
В 1926 году Владимир Иванович Вернадский опубликовал книгу «Биосфера», которая ознаменовала собой рождение новой науки о природе и взаимосвязи с ней человека.
Биосфера впервые показана как единая динамическая система, населённая и управляемая жизнью, живым веществом планеты: «Биосфера — организованная, определенная оболочка земной коры, сопряжённая с жизнью». Учёный установил, что взаимодействие живого вещества с веществом неживым есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные процессы.
В биосфере можно выделить следующие основные компоненты:
· косное (неживое) вещество,
· неживое биогенное вещество,
Живым веществом Вернадский назвал совокупность живых организмов, населяющих нашу планету. Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы. Во все геологические эпохи живое вещество, преобразуя и аккумулируя солнечную энергию, влияло на химический состав земной коры, было мощной геохимической силой, формирующей облик Земли.
Живое вещество имеет количественные характеристики, его можно изучать, используя математические законы.
Под косным веществом учёный понимал такие вещества биосферы, в создании которых живые организмы не участвуют. Это, например, газы, твёрдые частицы и водяные пары, выбрасываемые вулканами, гейзерами.
Кроме живого и косного веществ, в состав биосферы входят:
· неживое биогенное вещество, которое образовано живым веществом современной и прошлых геологических эпох (ископаемые остатки организмов, нефть, уголь, газы атмосферы, озёрный ил — сапропель, осадочные породы, например, известняки);
Неживое биогенное вещество
· биокосное вещество, которое создавалось одновременно и живыми организмами, и косным веществом (например, почва, вода обитаемых водоёмов, глинистые минералы).
Одна из основных заслуг Вернадского состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные функции. Благодаря этому обеспечивается круговорот веществ и, как следствие, целостность биосферы и её устойчивое существование.
Важнейшими функциями живого вещества являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.
Для полноценной жизни человеку необходимы продукты питания, материалы, лекарства, топливо. Источником всего этого чаще всего служит биосфера. С самого начала своего существования человек использовал её богатства. Первобытный человек выживал за счёт охоты, рыболовства и собирательства. С усовершенствованием орудий охоты человек быстро истребил крупных копытных, пещерных медведей и мамонтов. В условиях отсутствия достаточного количества пищи человек перешёл к земледелию, затем к скотоводству. Таким образом он неосознанно создавал искусственные круговороты веществ в природе. С появлением промышленности эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческая деятельность стала мощной природной движущей силой.
Учение В.И. Вернадского о биосфере
Согласно взглядам академика Владимира Вернадского, основоположника современного учения о биосфере, с момента возникновения жизни на нашей планете (3-4 миллиарда лет назад) происходил процесс формирования биосферы — единой системы, в которую входили живая и косная (неживая) материи.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ! Об этом уже было сказано, но лишний раз повторить не мешает — биосфера (биологическая земная оболочка) не только территория нашей планеты, охваченная жизнью, но и структурно ею организованная. Живая материя влияет на неживую, изменяя ее!
Вернадский писал: ««Биосфера — это планетное явление космического характера, ее важной особенностью, главной геологической силой является жизнь — «живое вещество», не просто населяющее биосферу, а преобразующее облик Земли».
Основой учения Вернадского о биосфере является понятие о живом веществе и его роли в биосферных процессах.
Вернадский выявил следующие особенности живого вещества:
Несмотря на значительное различие в формах и размерах живых организмов, для живого вещества характерно одно общее свойство — физико-химическое единство.
В живых организмах химические реакции, за счет участия в них ферментов, протекают намного быстрее, чем в неживом веществе и для их протекания не требуются жесткие условия (высокая температура и др.).
Химические реакции в живых организмах упорядочены. Они проводятся по заданной генами программе.
Химические связи, образующиеся в живом веществе, заключают в себе достаточно много энергии (вспомним про АТФ). Живое вещество является преобразователем и накопителем энергии солнечного излучения.
Благодаря такому свойству, как подвижность, живое вещество заполняет собой все доступные для жизни среды. Такое «растекание» живого вещества называется «давлением жизни». Перемещаясь, живое вещество переносит органические вещества и накопленную в себе солнечную энергию. Этот перенос происходит также и против сил неживой природы (в горизонтальном направлении, вверх) и переносит вещества. Вернадский выделял две формы движения живого вещества: пассивную, возникающую за счет роста и размножения организмов, и активную, возникающую в результате перемещения организмов.
По сравнению с косным веществом, живое характеризуется гораздо большим морфологическим и химическим разнообразием.
Живое вещество обладает способностью к постоянному обновлению за счет размножения, обеспечивающего смену поколений.
Для живого вещества характерно эволюционное развитие.
В ходе эволюции живое вещество выполняет геологическую работу, в результате которой возрастает биологическая масса, увеличивается разнообразие форм жизни, изменяется среда обитания. Эта работа приводит к изменению физико-химических свойств биосферы.
Живое вещество — преобразователь биосферы! Ознакомимся с его основными функциями:
Газовая функция живого вещества выражается в выделении свободного кислорода и его в переходе в озон; в выделении свободного азота, сероводорода, метана и других газов при разложении живого вещества; в поддержании на определенном уровне количества углекислого газа в атмосфере. Живое вещество сформировало нынешний состав атмосферы и поддерживает его.
С газовой функцией связаны два переломных (критических) периода в эволюции биосферы, которые называются первой и второй точками Пастера в честь известного французского ученого Луи Пастера.
Первая точка относится к периоду эволюции (примерно 1,2 млрд. лет назад), в котором содержание кислорода в атмосфере Земли достигло примерно 1% от современного уровня. Стало возможным появление первых аэробных организмов.
Вторая точка Пастера относится к периоду, в котором содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 10% от современного уровня (примерно 420 млн. лет назад). Такая концентрация создала условия для синтеза озона и образования озонового слоя в стратосфере. После того, как у нашей планеты появился «озоновый щит», стала возможной жизнь на суше. До того от губительного воздействия коротких ультрафиолетовых волн живое вещество защищала вода.
Биогеохимическая функция заключается в поступлении химических элементов Земли в живые организмы и возвращение этих веществ путем в окружающую среду (воду, почву, атмосферу). Концентрационная функция заключается в извлечении из окружающей среды и накоплении химических элементов, необходимых для построения тел живых организмов. Концентрационная способность живого вещества весьма велика, она на несколько порядков может превышать содержание атомов химических элементов в окружающей среде. Так, например, содержание углерода в растениях в 200 раз превышает его содержание в земной коре, а азота — в 30 раз. Результатом концентрационной деятельности живого вещества может стать образование из их останков залежей полезных ископаемых — нефти, каменного угля, горючих сланцев, осадочных пород и т.п.
Рассеивающая функция противоположна концентрационной. Рассеивание веществ в окружающей среде происходит при выделении организмами экскрементов, при линьке и т.п.
Окислительно-восстановительная функция, как видно из названия, заключается в окислении и восстановлении различных веществ с участием живых организмов.
Биохимическая или энергетическая функция — связывание и запасание солнечной энергии в живом веществе и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации вещества.
Транспортная функция заключается в переносе вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Подобный перенос может осуществляться на огромные расстояния (при сезонных миграциях животных).
Информационная функция заключается в накоплении живыми организмами определенной информации, закреплении ее в наследственных структурах и передаче последующим поколениям.
Средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических параметров среды. Она представляет собой результат совместного действия всех остальных функций.
В отдельную функцию из-за ее важности выделяют биогеохимическую деятельность человека — изменение биосферы для своих хозяйственных и бытовых нужд.
«На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом», писал Вернадский.
Он сформулировал пять постулатов, относящихся к биосфере:
Постулат первый: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». То есть первобытная биосфера изначально была представлена богатым разнообразием форм жизни.
Постулат второй: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте. Первое появление жизни должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».
Постулат третий: «В общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». Говоря о химических функциях, Вернадский имел в виду глобальные функции, благодаря которым осуществляется обмен веществ и энергии. В процессе эволюции отдельные (можно сказать — «второстепенные») химические функции живых организмов могут изменяться, но глобальные остаются постоянными.
Постулат четвертый: «Живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают одно из грандиознейших планетных явлений — миграцию химических элементов в биосфере, поэтому на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас». Четвертый постулат по сути является расширенным толкованием постулата третьего.
Постулат пятый: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами». Обмен веществ и энергии, а также воспроизводство происходят на клеточном уровне, так что это утверждение верно.
Суть концепции эволюции биосферы, созданной Вернадским заключается в том, что биосфера формируется под воздействием живых организмов и вместе с ними находится в постоянном процессе эволюции.
Первыми обитателями биосферы нашей планеты были гетеротрофные анаэробные организмы Мирового океана. Гетеротрофными называются организмы, неспособные образовывать органические вещества из неорганических и питающиеся готовыми органическими веществами. Например, большинство животных — гетеротрофы.
Пищей для гетеротрофных анаэробных организмов служили органические вещества, возникших в результате сложных химических процессов, протекавших в Мировом океане. Гетероторфов становилось все больше и больше, а запасы органических веществ уменьшались. В ходе эволюции появились анаэробные автотрофные организмы, т.е. способные самостоятельно создавать органические вещества в процессе фотосинтеза, используя для этого солнечную энергию. В результате жизнедеятельности анаэробных автоторфов в атмосферу стал выделяться кислород. Постепенно его скопилось столько, что стало возможным появление аэробных организмов (первая точка Пастера!). «Можно сказать, что свободный кислород на нашей планете в своей подавляющей массе создается кислородно-углекислотной функцией живого хлорофильного вещества», писал Вернадский. Строение организмов усложнялось, появлялись новые виды, вместе с эволюцией форм жизни происходила (и происходит) эволюция биосферы.
Вернадский выделял три этапа развития биосферы:
Первый этап — возникновение жизни и первичной биосферы под воздействием геохимических и климатических изменений на нашей планете. На этом этапе жизнь была представлена прокариотами — одноклеточными живыми организмами, не обладающими оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами. Пример прокариотов — бактерии.
Биологический круговорот, постоянную циркуляцию химических элементов между живыми организмами, атмосферой, гидросферой и почвой, Вернадский назвал главной силой, организующей биосферу в единую самоподдерживающуюся биологическую систему.
Второй этап — усложнение структуры биосферы в результате появления эукариотных организмов, клетки которых имели оформленное ядро и органоиды. В ходе биологической эволюции появляются новые виды живых организмов, как одноклеточных, так и многоклеточных, растет их численность.
Третий этап начался с возникновения человека и формирования человеческого общества. Этот этап характеризуется постепенным превращением биосферы в ноосферу. Ноосферой называется состояние биосферы, решающим фактором развития которой является разумная деятельность человека. Третий этап определяется целенаправленной деятельностью человеческого разума, в отличие от первого и второго, которые протекали под действием природных процессов.