III . Мотивация и целепологания

Ученые считают, что на Земле обитает от 2 до 5 млн. видов живых организмов, каждый вид объединяет миллионы и миллиарды особей, определённым образом распределённых в пространстве. Каждый вид по-своему взаимодействует с окружающей средой. Деятельность живых организмов создает удивительное разнообразие окружающей нас природы. Это разнообразие служит гарантией сохранения жизни на Земле. Но в каких пределах возможно существование жизни? Этот вопрос всегда представлял на­учный интерес, и сегодня нам предстоит в этом разобраться.

IV. Объяснение нового материала

Вопрос 1. Учение В.И. Вернадского о биосфере.
Биосфера включает в себя:

— живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов

(растения, животные, микроорганизмы);

— биогенное вещество, то есть органо-минеральные или органические

продукты, созданные живым веществом (торф, каменный уголь, нефть);

— биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с

неживой (косной) природой (водой, атмосферой, горными породами),—

почвенный покров.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой,

составляя целостную, сложно организованную систему. С возникновением жизни стало проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.

  Деятельность живого вещества, привела к возникновению нового образования — биосферы, тесно взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества.

Основные функции живого вещества:

- газовая - поглощает и выделяет газы;

- окислительно-восстановительная;

- концентрационная - накопление в своих телах некоторых элементов.

В биосферу входят: нижняя часть атмосферы до озонового экрана,

вся гидросфера и верхняя часть литосферы.

Биосфера, возникнув и сформировавшись 1—2 млрд. лет назад,

находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.

Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

В настоящее время человек стал главной силой, изменяющей процессы

в биосфере. Научно-технический прогресс значительно опередил наши

знания законов биосферы, то привело к нарушению биосферного

равновесия. Необходимо изучать законы природы, чтобы предотвратить ее

разрушение, найти пути разумного использования природных ресурсов.

Гармоничное сосуществование человека и природы - новый этап в

развитии биосферы. Который академик В.И.Вернадский назвал ноосферой -

Сферой разума.

Ноосфера, по Вернадскому, это такой этап развития биосфе­ры, при котором «проявляется как мощная, все растущая геоло­гическая сила, роль человеческого разума (сознание) и направ­ленного им человеческого труда».

 

Оценивая роль человеческого разума и научной мысли как пла­нетарного явления, В. И. Вернадский пришел к следующим выводам:

♦ Ход научного творчества является той силой, которой че­ловек меняет биосферу, в которой он живет.

♦ Это проявление изменения биосферы есть неизбежное яв­ление, сопутствующее росту научной мысли.

♦ Это изменение биосферы происходит независимо от чело­веческой воли, стихийно, как природный естественный процесс.

♦ А так как среда жизни - биосфера - есть организованная оболочка планеты, то вхождение в нее в ходе ее геологически длительного существования, нового фактора ее изменения - на­учной работы человечества - есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние - в ноосферу.

♦ Статья В. И. Вернадского «Несколько слов о ноосфере» поя­вилась в 1944 году и оказалась последней прижизненной публи­кацией ученого.

 

Вопрос 2. Роль живых организмов в биосфере.
Основное внимание в учении о биосфере В. И. Вернадский уделял роли живого вещества.

Учёный писал: «Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, её определяющей».

Благодаря способности к росту, размножению и расселению, в результате обмена веществ и преобразования энергии живые организмы способствуют миграции химических элементов в биосфере. В. И. Вернадский сравнивал массовые миграции животных, например стаи саранчи, по масштабам переноса химических элементов с перемещением целого горного массива.

В живой природе обнаружено около 90 химических элементов, т. е. большая часть всех известных на сегодняшний день. Нет никаких специальных элементов, характерных только для живых организмов, поэтому за всю историю существования биосферы атомы большинства элементов, входящих в её состав, неоднократно прошли через тела живых организмов. Между органическим и неорганическим веществом на планете существует неразрывная связь, совершаются постоянный круговорот веществ и превращение энергии.

Около 2 млрд лет назад благодаря деятельности фотосинтезирующих организмов в атмосфере Земли началось накопление свободного кислорода, затем сформировался озоновый экран, защищающий всё живое от космической и солнечной радиации. На протяжении всей биологической истории Земли деятельность организмов определяла состав атмосферы (фотосинтез, дыхание), состав и структуру почв (деятельность редуцентов), содержание различных веществ в водной среде. Продукты метаболизма одних организмов, попадая в окружающую среду, использовались и перерабатывались другими организмами. Благодаря редуцентам в круговорот веществ включались растительные и животные остатки.

Многие организмы способны избирательно поглощать и накапливать различные химические элементы в виде органических и неорганических соединений. Например, хвощи аккумулируют из окружающей среды кремний, губки и некоторые водоросли – иод. В результате деятельности разных бактерий образованы многие месторождения серы, железных и марганцевых руд. Из тел ископаемых растений и планктонных организмов сформировались залежи каменного угля и запасы нефти. Скелеты мелких планктонных водорослей и раковинок морских простейших сложились в гигантские толщи известняковых пород

Особую роль в биосфере играют микроорганизмы. Не будь их, круговорот веществ и энергии не смог бы осуществляться и поверхность планеты была бы покрыта толстым слоем растительных остатков и трупов животных.

Лишайники, грибы и бактерии активно участвуют в разрушении горных пород. Их работу поддерживают растения, чьи корневые системы прорастают в мельчайшие трещины. Завершают этот процесс вода и ветер.

Кроме деятельности живых организмов на состояние нашей планеты влияют и другие процессы. Во время вулканических извержений в атмосферу выбрасывается огромное количество различных газов, частички вулканического пепла, изливаются потоки расплавленных магматических пород. В результате тектонических процессов образуются новые острова, меняют облик горные районы, океан наступает на сушу.

Круговорот воды. Особое значение для существования биосферы имеет круговорот воды (рис. 84). С поверхности океанов испаряется огромная масса воды, которая частично переносится ветрами в виде пара и выпадает в виде осадков над сушей. Обратно в океан вода возвращается через реки и грунтовые воды. Однако важнейшим участником циркуляции воды является живое вещество.

 

 

Вопрос 3. Круговорот важнейших биогенных элементов (на примере
углерода, азота и др.) в биосфере.

Целостность природных экосистем особенно отчетливо проявляется при рассмотрении циркулирующих в них потоков вещества. Энергия доступна для живых организмов в форме солнечной радиации, которая может быть связана в процессе фотосинтеза. Расходуясь затем в виде химической энергии, она теряется, превращаясь в тепло. Вещество же может передаваться по замкнутым циклам, многократно циркулируя между организмами и окружающей средой. Круговые движения химических элементов называются биогеохимическими циклами.

Необходимые для жизни элементы и растворенные соли условноназывают биогенными элементами (дающими жизнь), или питательными веществами. Среди биогенных элементов различают две группы:

макроэлементы и микроэлементы.

В отличие от энергии, биогенные элементы могут использоваться неоднократно: круговорот – их характерная черта. Другое отличие от энергии состоит в том, что запасы биогенных элементов непостоянны. И если бы растения и другие организмы в конечном счете не разлагались бы, запас биогенов исчерпался и жизнь на Земле прекратилась. Отсюда можно сделать вывод, что активность гетеротрофов, и в первую очередь организмов, функционирующих в пищевых цепях, -решающий фактор сохранения круговорота биогенных элементов и образования продукции.

1) Кислород необходим всем для дыхания. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере накопления озона произошло образование озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Озоновый слой, как экран, надежно защищает поверхность Земли от ультрафиолетовой радиации, гибельной для живых организмов. Кислород в биосфере вступает в реакцию с большим количеством органических и неорганических веществ, а также водород, соединяясь с которым, кислород образует воду.

 

2) Углекислый газ (диоксид углерода) используется в процессе фотосинтеза для образования органических веществ. Именно благодаря этому процессу замыкается круговорот углерода в биосфере. Как и кислород, углерод входит в состав почв, растений, животных, участвует в многообразных механизмах круговорота веществ в природе.

3) Азот — незаменимый биогенный элемент, поскольку он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Атмосфера — неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен быть предварительно связан в виде химических соединений.

Существует несколько видов бактерий и сине - зеленых водорослей, которые способны фиксировать азот атмосферы. В результате их деятельности, а также благодаря разложению органических остатков в почве растения-автотрофы получают возможность усваивать необходимый азот.