Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «тамбовский государственный университет имени г. Р. Державина» учение о биосфере

Вид материала

Содержание

Завершинский А.Н.
Federal educational agency
T ambov 2010
Zavershinsky A.N.
2. В.И. Вернадский как основоположник учения о биосфере.
Рязанов Алексей Владимирович

Подобный материал:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
имЕНИ Г.Р. ДЕРЖАВИНА»

УЧЕНИЕ

О БИОСФЕРЕ

Допущено Редакционно-издательским советом ТГУ имени Г.Р. Державина в качестве
учебного пособия для студентов,
обучающихся по специальности
020801 –Экология

Т

амбов 2010

УДК 574(075.8)

ББК 20.1 я73

З-13

Рекомендовано к печати

Редакционно-издательским советом

ТГУ имени Г.Р. Державина

Авторы:

кандидат химических наук, доцент А.Н. Завершинский;

кандидат химических наук, доцент А.В. Можаров;

кандидат химических наук, доцент А.В. Рязанов;

кандидат технических наук, доцент И.В. Макарчук;

кандидат медицинских наук, доцент В.Н. Сочнев

Рецензенты:

кандидат биологических наук, доцент С.В. Шутова;

кандидат биологических наук, доцент Н.В. Давидчук

З-13	Завершинский А.Н. Учение о биосфере : учеб. пособие / А.Н. Завершинский, А.В. Можаров, А.В. Рязанов [и др.] ; Федеральное агентство по образованию, ГОУВПО «Тамб. гос. ун-т им. Г.Р. Дер-жавина». Тамбов : Издательский дом ТГУ им. Г.Р. Державина, 2010. 184 с.
	Одной из основных учебных дисциплин при подготовке студентов по специальности «Экология» является «Учение о биосфере». В связи с недостатком литературы по данной дисциплине издание подобного пособия является весьма своевременным. В данном пособии предложен материал, позволяющий студентам быстро и свободно ориентироваться в учебном материале при подготовке к сдаче экзамена. Предлагаемое пособие даст возможность сделать более эффективной самостоятельную работу студентов при подготовке к учебным занятиям. УДК 574(075.8) ББК 20.1 я73
		© ГОУВПО «Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина», 2010

FEDERAL EDUCATIONAL AGENCY

STATE EDUCATIONAL INSTITUTION

OF HIGHER PROFESSIONAL EDUCATION

«TAMBOV STATE UNIVERSITY
NAMED AFTER G.R. DERZHAVIN»

STUDY

OF BIOSPHERE

Permitted by the Editorial-Publishing Board

of TSU named after G.R. Derzhavin
as Course Book for Students
Studying the Discipline
020801 – Ecology

T

ambov 2010

Recommended for Publishing

by the Editorial-Publishing Board

of TSU named after G.R. Derzhavin

Authors:

Candidate of Chemistry, Associate Professor A.N. Zavershinsky;

Candidate of Chemistry, Associate Professor A.V. Mozharov;

Candidate of Chemistry, Associate Professor A.V. Ryazanov,

Candidate of Technics, Associate Professor I.V. Makarchuk;

Candidate of Medicine, Associate Professor V.N. Sochnev

Reviewers:

Candidate of Biology, Associate Professor S.V. Shutova;

Candidate of Biology, Associate Professor N.V. Davidchuk

	Zavershinsky A.N. Study of Biosphere : Course Book / A.N. Zavershinsky, A.V. Mozharov, A.V. Ryazanov [etc.] ; Federal Educational Agency, SEIHPE «Tambov State University named after G.R. Derzhavin». Tambov : the Publishing House of TSU named after G.R. Derzhavin, 2010. 184 pp.
	One of the main academic subjects during the students’ training for the discipline «Ecology» is the «Study of Biosphere». Due to lack of literature on this discipline publishing of such kind of course book is very timely. This course book contains the material that allows students to work quickly with the academic material when preparing for taking an examination. It also gives an opportunity to do students’ individual work more efficiently when preparing for lectures and seminars.
		© SEIHPE «Tambov State University named after G.R. Derzhavin», 2010

Содержание

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	7

Лекция 1. Введение в предмет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	8

Лекция 2. Биосфера и ее положение среди других сфер земли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	13

Лекция 3. Появление биосферы. Возникновение жизни	24

Лекция 4. Важнейшие этапы эволюции жизни в биосфере	36

Лекция 5. Некоторые наиболее важные закономерности эволюции органического мира и биосферы . . . . . . . . . . . .	50

Лекция 6–7. Живые организмы биосферы . . . . . . . . . . . . .	58

Лекция 8–9. Солнечная энергия и ее роль в биосфере . . . .	91

Лекции 10–11. Биогеохимические круговороты . . . . . . . .	104

Лекция 12. Значение биогенных элементов в биосфере . . .	121

Лекция 13. Потоки энергии в биосфере . . . . . . . . . . . . . . .	131

Лекция 14. Биосфера как планетарная организованная система . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	146

Лекция 15. Распределение живого вещества в мировом океане . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	153

Лекция 16. Распределение живого вещества на материках	162

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	182

Contents

Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	7

Lecture 1. Introduction into subject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	8

Lecture 2. Biosphere and its position among other spheres of Earth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	13

Lecture 3. The emergence of the biosphere. Beginnings of life	24

Lecture 4. The major stage of life evolution in the biosphere . . .	36

Lecture 5. Some of the most important regularities of evolution of geobias and biosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	50

Lectures 6–7. Living organisms in the biosphere . . . . . . . . . .	58

Lectures 8–9. Solar and its role in the biosphere . . . . . . . . . . .	91

Lectures 10–11. Biogeochemical cycles . . . . . . . . . . . . . . . . .	104

Lecture 12. The significance of the biogenic elements in the biosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	121

Lecture 13. Energy flows in the biosphere . . . . . . . . . . . . . . .	131

Lecture 14. Biosphere as a planetary organized system . . . . .	146

Lecture 15. Distribution of the organized matter in the world ocean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	153

Lecture 16. Distribution of the organized matter on the con-tinents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	162

Literature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	182

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящее время в связи с весьма ощутимыми последствиями научно-технического прогресса, ставящими под угрозу дальнейшее существование человечества, во всех странах мира испытывается настоятельная потребность в охране биосферы.

Большие опасности, нависшие над нашей планетой, определяют необходимость предвидеть последствия деятельности человечества во всех странах с целью сохранения биосферы, т. е. жизни на Земле.

Охрана биосферы должна быть заботой всего человечества в целом, живущего на Земле, каждой страны и каждого человека. Каждому необходимо знать структуру биосферы, взаимосвязи явлений, происходящих в ней, влияние живых организмов и в особенности деятельности человечества на ее изменения. Однако особенно актуальны знания закономерностей протекающих в биосфере, для студентов специальности «Экология».

В связи с недостатком литературы по данной тематике, считаем, что данный учебный материал окажется востребован всеми заинтересованными лицами.

ЛЕКЦИЯ 1.

Введение в предмет

План

1. Краткая историческая характеристика развития представлений о биосфере.

2. В.И. Вернадский как основоположник учения о биосфере.

1. Краткая историческая характеристика развития пред-ставлений о биосфере.

Человек связан с природой неразрывными узами. Еще в первобытном периоде он пытался ее познать в целях использования. Природа давала ему растительную и животную пищу, одежду, жилище, каменные и металлические орудия и оружие; энергию огня, воды, ветра.

Со временем из наблюдений и опыта использования различных природных объектов возникали науки. Науки о природе постепенно дифференцировалась на отдельные отрасли знания, такие как: биологию, геологию, физику, химию. Каждая из них, в свою очередь, углублялась в изучение деталей и выделяла все новые науки. Так, например, ботаника явилась прародительницей анатомии, морфологии, физиологии, систематики растений, микробиологии. То же происходило с зоологией и другими
науками.

В дальнейшем у отдельных ученых возникала потребность охватить взором всю картину мира, всю природу в целом. Подобный широкий взгляд, обогащающий все науки о природе, был под силу лишь гениальным ученым, оставлявшим после себя не только след в истории человечества, но и предвосхитившим путь дальнейшего познания природы на десятки и сотни лет, таким как: Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилей, Ньютон, М.В. Ломоносов, Ж.Л. Бюффон, Ж.Б. Ламарк, А. фон Гумбольдт, Ч. Дарвин.

С развитием отдельных наук о природе все настоятельнее проявляется потребность в выявлении всеобъемлющей картины жизни на планете Земля и общих процессов, происходящих на ней.

Натуралист Ж.Л.Л. Бюффон (1707–1788) научно созерцал вселенную как единое целое. «Природа, развернутая во всю свою ширь, являет нам необъятную картину, в которой все отряды существ представлены каждый в виде цепи, содержащей непрерывную сюиту предметов...» [1].

В своей «Естественной истории», составившей 36 томов, Бюффон описал историю и теорию Земли, естественную историю человека, животных, минералы. В трактате «Об эпохах природы» он впервые выделил геологическое время по сравнению с историческим, ставил геохимические проблемы.

Величайший натуралист и мыслитель Ж.Б. Ламарк (1744–1829), изучавший и ботанику («Флора Франции»), и зоологию («Философия зоологии»), и геологию («Гидрогеология»), и психологию, и метеорологию, воспринимал явления природы во всей совокупности. Он писал: «Природа – это слово, столь часто употребляемое в том смысле, как если бы речь шла об особом существе, должна представляться нам не чем иным, как совокупностью предметов, охватывающей: 1) все существующие физические тела; 2) общие и частные законы, управляющие изменениями состояния и положения, которые могут испытывать эти тела; 3) наконец, движение, в разных формах существующее среди них, непрерывно поддерживаемое или возрождающееся в своем источнике и бесконечно изменчивое в своих проявлениях, движение, из которого вытекает удивительный порядок вещей, который эта совокупность предметов перед нами раскрывает» [2].

Ламарк впервые вводит термин «биосфера», обозначающий область жизни и влияния живых организмов на процессы, происходящие на Земле. «Человеку, наблюдающему и мыслящему картина вселенной, в которую природа внесла жизнь, без сомнения, представляется очень внушительной; она способна привести в волнение, поразить его воображение, возвысить его дух, побудив его подняться до познания высоких идей» [2].

Стремление познать всю природу земного шара особенно характерно для ученых-натуралистов XVIII в., чему способствовали путешествия и новые географические открытия. Путешественник, натуралист А. фон Гумбольдт (1769–1859), создавший основы географии растений, написал труд в четырех томах «Космос, опыт физического мироописания». Он в популярной книге «Картины природы» пишет: «Когда неутомимый ум человека исследует природу или измеряет в своем воображении обширные пространства органического мира, то среди многообразия воспринимаемых им впечатлений ни одно не действует на него так глубоко и властно, как всюду разлитая полнота жизни» [3].

Для ученых XVIII в. характерно синтетическое восприятие природы, – растений, животных, горных пород, ландшафта. Более того, М.В. Ломоносов (1711–1765), стремясь постичь «всеобщее согласие причин» – единство законов природы, обращался почти ко всем наукам, изучающим природу и в это изучение включал физику, химию и математику. «Видели мы, какова земная поверхность по фигуре и по материям, каковы слои и другие внутренности, открытые человеческим рачением и действиями самой натуры; ныне настоит употребить приобретенное сими способы и выше поданное знание к вящшему, пространнейшему и яснейшему сведению земного недра, приняв в помощь высокие науки, особливо механику твердых и жидких тел, к измерению сил действующия натуры; металлургическую химию – к разделению смешения минералов, слои составляющих; и обще геометрию правительницу всех мысленных изысканий» [4]. Идеи Ломоносова о геохимических исследованиях на многие десятилетия предвосхитили дальнейшее развитие науки.

Ч. Дарвин (1809–1882) в своей эволюционной теории обобщил науки о растениях, животных, человеке и земной коре, хорошо понимая роль живых организмов на Земле. Он писал в своем дневнике (1833), что несомненно, можно утверждать, что все страны света доступны для жизни. Озера с пресной водой, подземные озера, скрытые в недрах вулканических гор, источники горячих минеральных вод, глубины океана, верхние области атмосферы, поверхность самих вечных льдов – всюду мы находим организованные существа.

На место живого в строении земной коры обратил внимание только в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс и вновь после Ламарка ввел в науку термин «биосфера», обозначающий особую оболочку земной коры, охваченную жизнью.

В XIX в. науки о природе все больше дифференцировались, и ученые становились узкими специалистами. В XX в. стали считать, что время ученых-энциклопедистов, охватывавших своим умом разные отрасли знаний, ушло в прошлое, поскольку громадное количество сведений, накопившихся даже в каждой отдельной науке, с трудом поддается обобщениям.

2. В.И. Вернадский как основоположник учения о биосфере.

Но вот в начале XX в. ученый-геолог В.И. Вернадский (1863–1945) закладывает основы новым наукам – геохимии, биогеохимии, радиогеологии – и создает учение о биосфере.

По словам академика А.П. Виноградова: «Владимир Иванович Вернадский – это целая эпоха в развитии нашей науки: блестящий минералог, кристаллограф, геолог, геохимик, биогеохимик, радиогеолог, ученый-энциклопедист, глубоко интересовавшийся философией, историей науки и общественной жизнью... Он видел в науке на много лет вперед. Создавая новые отрасли науки о Земле, он предвидел их огромное значение и связь с практической деятельностью человека» [7].

Изучая историю минералов, миграцию химических элементов в земной коре, В.И. Вернадский выявляет грандиозную роль живого вещества в геохимических процессах нашей планеты. Для изучения роли живого вещества в биосфере потребовались знания биологии, геологии, химии, и на их основе создалась новая наука – биогеохимия.

Об исключительной роли живого вещества в биосфере
В.И. Вернадский пишет в «Очерках геохимии» (Париж, 1924; Ленинград, 1927).

В 1926 г. выходит его книга «Биосфера» (Очерки: «Биосфера в космосе» и «Область жизни»). Идея тщательного изучения биосферы как оболочки жизни на нашей планете оказалась как нельзя более своевременной, даже опередившей время.

Сначала не было обращено должного внимания на мысли В.И. Вернадского, высказанные о биосфере. Только распространение радиоактивности, изучение действия отравляющих веществ в связи с цепями питания в биоценозах, последствия урбанизации, отравления отбросами производства и нефтью рек
и океана, газами атмосферы заставили обратиться к учению
В.И. Вернадского о биосфере. Его учение получило распространение во всем мире, в первую очередь во Франции и США. Понятие о биосфере проникло в экологию, географию, стало основой охраны природы.

Биосфера должна рассматриваться в биогеохимическом направлении, начертанном основоположником ее – В.И. Вернадским. Биосфера тесно связана с деятельностью человека, и сохранность равновесия ее состава зависит от него. В конце жизни В.И. Вернадский писал в дневнике: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера» [7].

Знание процессов, происходящих в биосфере, и соответственно разумная организация всей деятельности и жизни человечества приведут к созданию ноосферы на нашей планете.

Литература

Канаев И.И. Жорж Луи Леклерк Бюффон. М.; Л, «Наука», 1966.
Ламарк Ж.Б. Избранные произведения. Т. I. М.: Изд-во АН СССР, 1995.
Гумбольдт А. Картины природы. М.: Изд-во геогр. лит-ры, 1959.
Ломоносов М.В. Избранные философские сочинения. М.: Госполитиздат, 1950.
Шаховская А.Д. Кабинет-музеи В.И. Ворнадского. М.: Изд-во АН СССР, 1959.
Вернадский В.И Несколько слов о ноосфере. Успехи современной биологии. Вып. 2. Т. 17. 1944.
Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967.
Израиль Ю.Л. Экология и контроль состояния природной среды. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
Рамад Ф. Основы прикладной экологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1981.
Глухов В.В., Лисочкина Т.В., Некрасова Т.П. Экономические основы экологии. СПб.: Спец. литература, 1995.
Голубева Е.И. Методы диагностики состояния антропогенно трансформированных экосистеме / под ред. Д.А. Криволуцкого. М.: Изд. геогр. фак., 1999.
Криволуцкий Д.А. Почвенная фауна в экологическом контроле. М.: Наука, 1994.
Миколаш Я., Питтерман Л. Управление охраной окружающей среды. М.: Прогресс, 1983.
Небел Б. Наука об окружающей среде: в 2 т. М.: Мир, 1993.
Основы эколого-географической экспертизы / под ред.
К.Н. Дьяконова, Т.В. Звонковой. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992.
Оценка и регулирование качества природной среды / под ред. А.Ф. Порядина, А.Д. Хованского. М.: Прибой, 1996.
Серов Г.П. Основы экологической безопасности. М.: МНЭПУ, 1993.
Уайт Г. География, ресурсы и окружающая среда. М.: Прогресс, 1990.
Уатг К. Экология и управления природными ресурсами. М.: Мир, 1971.
Эдмондсон Т. Практика экологии. М.: Мир, 1978.
Экологическая безопасность России. М.: Юрид. лит-ра, 1994.
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М.: Наука, 1965.

У ч е б н о е и з д а н и е

Завершинский Александр Николаевич

Можаров Александр Владимирович

Рязанов Алексей Владимирович

Макарчук Игорь Валерьевич

Сочнев Владимир Николаевич

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

Учебное пособие

Редактор С.А. Старостина

Компьютерная верстка С.Г. Павловой

Подписано в печать 13.04.2010 г. Формат 6084/16. Бумага офсетная.

Гарнитура Times. Усл. печ. л. 10,69. Уч.-изд. л. 9,96.

Тираж 50 экз. Заказ 3060.

Издательский дом ТГУ

имени Г.Р. Державина

392008, г. Тамбов, ул. Советская, 190г

УЧЕНИЕ

О БИОСФЕРЕ

Т

амбов 2010

Blog

Содержание