Geum.ru

Естествознание как комплекс наук о природе. Наука в постижении бытия

Вид материалаДокументы

Содержание


Внутреннее строение Земли
Земная кора
Поверхность Земли
Принципы эволюции
История жизни на Земле
9.3. Ноосфера как часть биосферы Земли
Подобный материал:
1   ...   7   8   9   10   11   12   13   14   15

Внутреннее строение Земли


Рассмотрим подробно вопрос о строении Земли. Наша планета относится к планетам земной группы. Это означает, что поверхность Земли твёрдая. Земля - крупнейшая из четырёх планет солнечной системы, которые относятся к земной группе. Из всей этой группы планет именно Земля имеет наибольший размер, массу, плотность, наибольшую поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле. Строение Земли и поверхность Земли таковы, что её форма близка к вытянутому эллипсоиду — это шарообразная форма с утолщениями на экваторе — и отличается от него на величину до 100 метров. Таким образом, по сравнению с идеальным эллипсоидом, планета Земля имеет допуск в пределах 0,17 %. Средний диаметр Земли равен 12 742 км.

Как известно, вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость. То есть экваториальный диаметр на 43 км больше, чем диаметр между полюсами планеты. Именно вследствие этой выпуклости экватора, самой удалённой точкой поверхности Земли от её центра считается вулкан Чимборасо в Эквадоре, точнее – его вершина. Самой высшей точкой поверхности планеты Земля принято считать гору Эверест (её высота - 8 848 м над уровнем моря), а самой глубокой точкой — Марианская впадина (её глубина - 10 911 м под уровнем моря).

Учёными установлена ориентировочная масса Земли. Она составляет 5,98×1024кг. Изучая строение Земли, исследуя поверхность Земли, учёные пришли к выводу, что наша планета состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %), а на другие элементы приходится 1,2 %.

 

Земная кора


Земля, подобно трём другим планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она представляет собой металлическое ядро, окруженное твёрдыми силикатными оболочками (крайне вязкой мантией и земной корой). Внешняя часть металлического ядра жидкая, а внутренняя — твёрдая. Ядро состоит из железно-никелевого сплава с примесью других элементов. Земная кора — это верхняя часть твёрдой оболочки. Толщина земной коры колеблется в пределах от 6 км под океаном, до 30—50 км на континентах. В строении Земли различают два вида земной коры — континентальная земная кора и океаническая земная кора. Континентальная земная кора имеет три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая земная кора представлена в большей степени породами основного состава, плюс осадочный чехол. Крайне вязкая мантия — это силикатная оболочка планеты, сложенная в основном породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и т.д. В строении Земли доля мантии примерно 67 % от массы Земли и около 83 % от её объёма. Глубина расположения мантии - от 5 — 70 км ниже границы с земной корой, до границы с металлическим ядром на глубине 2900 км. Таким образом, мантия находится в достаточно большом диапазоне глубин. Мантию принято разделять на верхнюю и нижнюю. Выше границы 660 километров расположена верхняя мантия, а ниже, естественно, нижняя. Эти две части мантии отличаются друг от друга составом, строением и физическими свойствами. Известно, что верхняя мантия за весь период формирования Земли претерпела достаточно значительные изменения, она же и породила земную кору. Нижняя же мантия, изучена значительно меньше, но есть все основания полагать, что её состав со времен формирования строения Земли претерпел гораздо меньшие изменения.

 

Поверхность Земли


Рельеф и поверхность Земли очень разнообразен. Примерно 70,8 % поверхности Земли покрыто водой. Поверхность Земли под водой гористая. Это океанические хребты и желоба, подводные вулканы и каньоны, а также океанические плато и абиссальные равнины. Оставшиеся 29,2 % - это суша, которая состоит из гор, пустынь, равнин и т.д.

С течением времени строение Земли, а в особенности её поверхность, постепенно меняются. Рельеф тектонических плит и земная кора формируются под воздействием осадков, колебаний температур, химических воздействий, выветривания. Ледники, береговая эрозия, коралловые рифы, столкновения с метеоритами также влияют на строение Земли и на структуру поверхности Земли. А с развитием цивилизации и человек всё больше и больше воздействует на, казалось бы, неподвластное ему строение Земли. И, наверное, наша основная задача – сделать так, чтобы это воздействие не стало губительным для нашей любимой планеты – планеты Земля.

  1. Биосфера и космос.


9.1. Уровни организации строения вещества и систем. Единство и многообразие живого.


Различают следующие уровни организации жизни:



9.2. Основные концепции эволюции живой природы

Принципы эволюции


Согласно теории эволюции, развитие жизни на Земле, в том числе усложнение живых организмов происходит в результате непредсказуемых мутаций и последующего естественного отбора наиболее удачных из них.

Развитие таких сложных приспособлений, как глаз в результате «случайных» изменений может показаться невероятным. Однако анализ примитивных биологических видов и палеонтологических данных показывает, что эволюция даже самых сложных органов происходила через цепочку небольших изменений, каждое из которых по отдельности не представляет ничего необычного. Компьютерное моделирование развития глаза позволило сделать вывод, что его эволюция могла бы осуществляться даже быстрее, чем это происходило в реальности.

В целом, эволюция, изменение систем - есть фундаментальное свойство природы, воспроизводимое в лабораторных условиях. Это не противоречит закону возрастания энтропии, так как справедливо для незамкнутых систем (если через систему пропускать энергию, то энтропия в ней может уменьшаться). Процессы самопроизвольного усложнения изучает наука синергетика. Один из примеров эволюции неживых систем — формирование десятков атомов на основе лишь трёх частиц и образование миллиардов сложнейших химических веществ на основе атомов.

История жизни на Земле


Зарождение жизни на Земле представляет пока не до конца решённую проблему. Существует только две теории о зарождении жизни: самозарождение жизни - жизни предшествовала химическая эволюция и занесение жизни из космоса.

Согласно палеонтологическим данным, первые прокариоты (бактерии) появились около 4 млрд лет назад. Первые эукариоты (клетки с ядром) образовались примерно 2 млрд лет назад в результате, согласно одной из наиболее распространённых теорий, симбиоза прокариот. Первые многоклеточные организмы появились около 1 млрд лет назад в результате симбиоза эукариот. Около 600 млн лет назад появились многие знакомые нам животные (например, рыбы, членистоногие и др.). 400 млн лет назад жизнь вышла на сушу. 300 млн лет назад появились деревья (с твёрдыми волокнами) и пресмыкающиеся, 200 млн лет назад — динозавры и яйцекладущие млекопитающие, 65 млн лет назад вымерли динозавры и появились плацентарные млекопитающие, около 100 тыс. лет назад появился современный человек


9.3. Ноосфера как часть биосферы Земли


Ноосфе́ра (греч. νόος, «разум» и σφαῖρα, «шар») — «сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития. Ноосфера — новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием человеческого общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы. Согласно Вернадскому, «в биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного».

В ноосферном учении Человек предстаёт укоренённым в Природу, а „искусственное“ рассматривается как органическая часть и один из факторов (усиливающийся во времени) эволюции „естественного“. Обобщая с позиции натуралиста человеческую историю, Вернадский делает вывод о том, что человечество в ходе своего развития превращается в новую мощную геологическую силу, своей мыслью и трудом преобразующую лик планеты. Соответственно, оно в целях своего сохранения должно будет взять на себя ответственность за развитие биосферы, превращающейся в ноосферу, а это потребует от него определённой социальной организации и новой, экологической и одновременно гуманистической этики.

Ноосферу можно охарактеризовать как единство „природы“ и „культуры“. Сам Вернадский говорил о ней то как о реальности будущего, то как о действительности наших дней, что неудивительно, поскольку он мыслил масштабами геологического времени. „Биосфера не раз переходила в новое эволюционное состояние… — отмечает В. И. Вернадский. — Это переживаем мы и сейчас, за последние 10—20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научную мысль, создаёт в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывалую. Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу — перерабатывается научной мыслью социального человека“ („Научная мысль как планетное явление“). Таким образом, понятие „ноосфера“ предстаёт в двух аспектах:
  1. ноосфера в стадии становления, развивающаяся стихийно с момента появления человека;
  2. ноосфера развитая, сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека.

9.4. Генная инженерия


Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология

Генетическая инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путем использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

Основой микробиологической, биосинтетической промышленности является бактериальная клетка. Необходимые для промышленного производства клетки подбираются по определённым признакам, самый главный из которых — способность производить, синтезировать, при этом в максимально возможных количествах, определённое соединение — аминокислоту или антибиотик, стероидный гормон или органическую кислоту. Иногда надо иметь микроорганизм, способный, например, использовать в качестве «пищи» нефть или сточные воды и перерабатывать их в биомассу или даже вполне пригодный для кормовых добавок белок. Иногда нужны организмы, способные развиваться при повышенных температурах или в присутствии веществ, безусловно смертельных для других видов микроорганизмов.

Задача получения таких промышленных штаммов очень важна, для их видоизменения и отбора разработаны многочисленные приёмы активного воздействия на клетку — от обработки сильно действующими ядами до радиоактивного облучения. Цель этих приёмов одна — добиться изменения наследственного, генетического аппарата клетки. Их результат — получение многочисленных микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых учёные потом стараются отобрать наиболее подходящие для той или иной цели. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии и широко применяется в современной биотехнологии.

Но их возможности ограничиваются природой самих микроорганизмов. Они не способны синтезировать ряд ценных веществ, которые накапливаются в растениях, прежде всего в лекарственных и эфирномасличных. Не могут синтезировать вещества, очень важные для жизнедеятельности животных и человека, ряд ферментов, пептидные гормоны, иммунные белки, интерфероны да и многие более просто устроенные соединения, которые синтезируются в организмах животных и человека. Разумеется, возможности микроорганизмов далеко не исчерпаны. Из всего изобилия микроорганизмов использована наукой, и особенно промышленностью, лишь ничтожная доля. Для целей селекции микроорганизмов большой интерес представляют, например, бактерии анаэробы, способные жить в отсутствие кислорода, фототрофы, использующие энергию света подобно растениям, хемоавтотрофы, термофильные бактерии, способные жить при температуре, как оказалось недавно, около 110 °C, и др.

И всё же ограниченность «природного материала» очевидна. Обойти ограничения пытались и пытаются с помощью культур клеток и тканей растений и животных. Это очень важный и перспективный путь, который также реализуется в биотехнологии. За последние несколько десятилетий учёные создали методы, благодаря которым отдельные клетки тканей растения или животного можно заставить расти и размножаться отдельно от организма, как клетки бактерий. Это было важное достижение — полученные культуры клеток используют для экспериментов и для промышленного получения некоторых веществ, которые с помощью бактериальных культур получить невозможно.