Роль биосферы во взаимодействие космоса и земли. Связь космоса и биосферы

КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат на тему: «Космос и Биосфера Земли»

По дисциплине: «КОНЦЕПЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

Выполнил: _________________

____________________________

Проверил:____________________

_____________________________

КЕМЕРОВО 2004г

1. КОСМОС И БИОСФЕРА ЗЕМЛИ

1.1. Общие фундаментальные принципы и законы......………..3стр

1.2Связь жизни на Земле с физическими условиями. Происхождение жизни…………………………………….…5стр

1.3. Влияние Солнца на экологические процессы Земли.……….8стр

1.4. Земля…………………………………….………………………9стр

1.5. Биосфера Земли………………………………………………...10стр

1.6… Причины и характер загрязнения биосферы…..…………13стр

Список используемой литературы……………..…………………17стр

1. КОСМОС И БИОСФЕРА ЗЕМЛИ.

1.1. Общие фундаментальные принципы и законы

Чтобы понять законы экологии и представить себе возможные последствия неудачного сосуществования человека с природой, необходимо понять, что такое жизнь, как она возникла, какова ее цель, есть ли общие принципы и законы Космоса, в частности, в отношении к жизни.

Несколько слов об общих принципах и законах мироздания. Физике известно большое число полей: акустические, аэродинами­ческие, гравитационные, ионные, радиационные, температурные, электромагнитные и т.д. Современные данные свидетельствуют о том, что все физические поля имеют единую электродинамическую природу. С более общих, естественнонаучных, позиций учения В.И. Вернадского можно говорить о единстве живой и неживой природы, о едином поле, связывающем в общее целое исключи­тельно мелкие объекты (микромир), чрезвычайно крупные (Все­ленную) и наиболее сложные (жизнь).

В микромире в роли фундаментальных частиц Мироздания выступают: «нейтрино», электрон, протон, а также биологическая клетка. В природе сохраняются и квантуются следующие величи­ны: энергия, импульс, угловой момент, электрический заряд, жизнь.

Для нас Вселенная в ранговой последовательности - это пла­неты Солнечной системы, звезды, рассеянные скопления, межга­лактическое пространство, галактики. Процессы в микромире измеряются секундами, процессы во Вселенной (например, эво­люция галактики) - десятками и сотнями миллиардов лет. Но физические процессы в этих системах одинаковы. Существуют три основополагающих принципа Вселенной Первый космологический принцип утверждает, что Вселенная пространственно однородна и изотропна.

Второй космологический принцип Джордано Бруно гласит: характеризующие Вселенную константы (например, радиус гра­витационного взаимодействия, средняя плотность вещества) не зависят от времени.

Третий принцип актуализма Лайеля утверждает, что законы природы не меняются с ходом времени.

Как определенный постулат следует рассматривать утвержде­ние: всякое взаимодействие имеет материальный носитель физи­ческих взаимодействий.

Другой фундаментальный принцип Мироздания - закон со­хранения энергии (первое начало термодинамики).

Как следствие второго закона термодинамики еще один важ­ный постулат: изолированных систем не существует.

Аналогию между взаимодействием в физическом мире и жи­вой природе (это деление условно, но, как увидим далее, принци­пиально) можно проследить на примере знаменитых экологиче­ских законов Б. Коммонера:

ничто не дается даром (принцип сохранения);

все должно куда-то деваться (принцип сохранения);

все связано со всем (отсутствие изолированных систем);

природа знает лучше (первенство природы).

В биологии наблюдается способность живых систем реагировать на изменения внешних и внутренних условий и динамически возоб­новлять структуру, электрохимический состав, свойства (явления гомеостаза). В масштабах пространства и времени существует рав­новесие между процессами прироста и убыли жизненных сил.

Знаменитый немецкий биолог Вирхов обосновал фундамен­тальное положение биологии: каждая клетка - из клетки. Про­странственная классификация в биологии - это деление живых существ на одноклеточные и многоклеточные организмы, каждая клетка появляется в результате деления материнской клетки на две. Для своей жизнедеятельности организмы используют вещество, энергию, информацию (как наследственную, так и получае­мую в течение их жизни).

Жизнь в самом упрощенном виде можно рассматривать как процесс воспроизводства частиц-клеток. Господствующим прин­ципом в биологии является принцип Пастера-Реди - живое от живого. Ни одна попытка «саморождения» биологической клетки не увенчалась успехом.

1.2. Связь жизни на Земле с физическими условиями. Происхождение жизни

Жизнь на Земле однотипна в том смысле, что генетический код любого организма, любого биологического вида состоит из сходных органических соединений. Несмотря на это сходство, жизнь на Земле удивительно разнообразна. Ученым известно се­годня около 2 млн биологических видов, из них 20% - растения, 80% - животные.

В живых системах осуществляется динамическое управление, связанное с процессами получения и использования информации об окружающей и внутренней среде, сохранения и передачи ин­формации. В этом принципиальное отличие живых систем от ки­бернетических аналогов. Первые обладают генетической инфор­мацией, дошедшей из бесконечного прошлого и обращенной в бесконечное будущее, рассчитанной на вечную жизнь в вечной Вселенной. Вторые не обладают ни извечной целью, ни генетиче­ской информацией. Жизнь таким образом нельзя ни понять, ни описать в рамках чисто физических представлений.

Но при универсальности генетического кода разнообразие жизни на Земле связано с разнообразием физических условий, в которых жизнь существует (температура, давление и др.). На многие процессы в живой природе действуют такие физические условия, как вращение Земли вокруг своей оси, обращение Зем­ли вокруг Солнца, циклы солнечной активности. Последнее от­крытие принадлежит нашему выдающемуся соотечественнику А.Л. Чижевскому: например, в XX в. максимумы солнечной ак­тивности наблюдались в 1905, 1917, 1928, 1937, 1989-1991 гг. Факторами изменчивости живых организмов являются мутации, вызванные радиацией, химическими и температурными воздей­ствиями на клетки, несущие генетическую информацию. Подав­ляющее большинство мутаций губительно действует на орга­низм.

Принято считать, что жизнь на Земле возникла в результате благоприятного стечения обстоятельств. Сегодня преобладает точка зрения, что жизнь - явление не земное, а космическое. Эту мысль еще в XVII в. высказал известный голландский ученый Христиан Гюйгенс: «Жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи». Говоря о космическом явле­нии, не надо думать (как это очень часто представлялось), что жизнь в виде зародышей занесена из Космоса. Вопрос значительно глубже. Возможно, что зародыши жизни, ее потенциал, ее носите­ли, возможности ее возникновения содержатся в некой субстан­ции, пронизывающей Вселенную. В той части Вселенной, где имеются необходимые физико-химические условия, жизнь вспы­хивает, как костер из сухих веток. Но эта субстанция, содержащая программу жизни, едина для всей Вселенной.

Мы привыкли считать, что жизнь как-то развивалась от про­стейшего к сложному. Но сценарий возникновения жизни был другой. Эта мысль содержится в блестящих работах В.И. Вернад­ского. Он писал: «Неизбежно допустить, что, может быть, и менее сложная в основных чертах, чем теперешняя, но все же очень сложная жизненная среда сразу создалась на нашей планете как нечто целое в догеологический ее период. Создался целый мо­нолит жизни (жизненная среда), а не отдельный вид животных организмов, к какому нас ложно приводит экстраполяция, исхо­дящая из эволюционного процесса». Он здесь же добавляет очень знаменательное: «… все живое представляет неразрывное целое, закономерно связанное не только между собой, но и с ок­ружающей средой биосферы. Но наши современные знания не­достаточны для получения яркой единой картины. Это дело бу­дущего...».

Мы не должны искать начало жизни во Вселенной, как не ищем начала энергии или материи. Вместе с принципом Пастера-Реди В.И. Вернадский добавил очень важный принцип неиз­менности жизни: «Жизнь остается в главных своих чертах в тече­ние геологического времени постоянной, меняется только ее фор­ма… Само живое вещество не является случайным созданием… Мы начинаем видеть в биосфере не единичное планетное или земное явление, а проявление строения атомов и их положения в космо­се, их изменения в космической истории».

Таким образом, В.И. Вернадский, как и многие другие ученые, высказывает мысль, что Земля - не единственный очаг жизни во Вселенной. По мнению известного ученого В.И. Шкловского, ко­торый посвятил свои исследования поиску жизни во Вселенной, возможное число очагов жизни в нашей Галактике составляет

N 1 =105±5 .

Пока обнаружить другие цивилизации, другую жизнь не удает­ся. Но существование единственного очага жизни противоречит первому космологическому принципу. Существование жизни лишь на определенном временном отрезке, «этапе развития» Все­ленной (на Земле) противоречит второму космологическому прин­ципу. Имеются шансы встречи с высокоразвитой цивилизацией.

А как же с будущим человека, с жизнью на Земле? Человек всего лишь один из 2 млн видов животных организмов на Земле, а жизнь на Земле - всего лишь жизнь на одном из миллиардов оби­таемых миров.

Гибель человека на Земле и даже гибель жизни в результате экологической катастрофы не противоречит ни одному из выска­занных ранее глубоких научных принципов.

1.3. Влияние Солнца на экологические процессы Земли.

Из всех элементов электромагнитного излучения для биосфе­ры наиболее опасно ультрафиолетовое излучение, поскольку, воздействуя на живое на Земле, подвергает его опасности унич­тожения. Биологическое действие ультрафиолетового излучения, обусловленное химическими изменениями поглощающих его мо­лекул нуклеиновых кислот и белков, выражается в нарушениях деления, возникновении мутаций и гибели клеток. Задерживается ультрафиолетовое излучение слоем озона. В стратосфере озон (трехатомный кислород) образуется из кислорода. Распределение озона над поверхностью Земли неравномерно. Озон разрушается окислами азота, образующимися в камерах сгорания твердотоп­ливных ракет (ТРД), а также фреонами, которые в стратосфере выделяют активный хлор, вступающий в реакцию с озоном. Вы­ведение каждой тонны груза ракеты сопровождается потерями 8 млн т озона.

Кроме волнового излучения на Землю поступает корпуску­лярное (корпускула - частица) излучение Солнца. Если электро­магнитное излучение стабильно, то корпускулярное излучение очень изменчиво, его энергия меньше электромагнитного. Но от корпускулярного излучения сильно зависят процессы в биосфере. Энергия этих частиц возрастает с увеличением площади пятен на Солнце. Количество солнечных пятен меняется циклически, длина цикла 11 лет.

Хроники сообщают, что, когда на Солнце были видны огром­ные пятна, на Земле происходили колоссальные катастрофы: засухи, землетрясения, извержения вулканов и другие бедствия. Они сопровождались гигантскими эпидемиями и пандемиями, уносящими сотни тысяч жизней. Солнечные пятна являются фе­номеном, влияющим на биосферу Земли

Земля защищена от воздействия корпускулярной радиации своим электромагнитным полем. Если у планеты нет электро­магнитного поля, то существование атмосферы и жизни там не­возможно. Магнитное поле защищает биосферу Земли от пото­ков заряженных частиц, т.е. корпускулярной радиации. Если бы радиация достигла бы поверхности Земли, то она разложила бы все атомы и молекулы атмосферы на ионы и электроны, т.е. уничтожила бы ее. В экологическом плане для существования биосферы магнитное поле Земли довольно стабильно и неиз­менно.

Важнейшим физико-биологическим процессом на Земле, поддерживающим живое, является фотосинтез - превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими организмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей орга­нических веществ. Световая энергия, поглощаемая зеленым пигментом (хлорофиллом) растений, поддерживает процесс их углеродного питания. В процессе фотосинтеза растения по­глощают углекислый газ и выделяют кислород, а также погло­щают тепло. Реакции, в которых поглощается световая энер­гия, называются эндотермическими (эндо - внутрь). Энергия Солнечного света аккумулируется в форме энергии химических Связей. Благодаря процессу фотосинтеза на Земле ежегодно обра-1устся 150 млрд т органического вещества, усваивается 300 млрд т углекислого газа (СО2) и выделяется около 200 млрд т свобод­ного кислорода.

Слово «экология» образовано от греческого «оiкоs» - дом. Экология - наука о доме. Наш дом - Земля, и стенами его явля­ется, образно говоря, электромагнитное поле Земли, потолком атмосфера, крышей - озоновый слой.

1.4. Земля

Существует представление о том, что Земля состоит из ядра, мантии и коры, которые характеризуются различными мощностями, физическими свойствами пород, энергетическим и тепловым режимами, петрохимическим составом вещества и т.д.

Геофизические данные по­казывают, что ядро Земли со­стоит из железа или из железа и никеля. Температура в центре составляет порядка 10 000 К, плотность 15 г/см3, давление 4-105 дин/см2. При таких усло­виях должны происходить ре­акции ядерного синтеза тяже­лых элементов из железа и ни­келя. В течение миллиардов лет метеоритное железо проходит путь от поверхности Земли к ядру, а тяжелые элементы и продукты их распада - от ядра к поверхности Земли, форми­руя твердую, жидкую и газовую оболочки планеты, влияя на характеристики мантии. В про­цессах образования оболочек активно участвуют живые су­щества, которые вместе с не­живой компонентой образуют биосферу Земли. По-видимому, часть вещества мантии также об­разовалась в результате распада тяжелых радиоактивных элемен­тов. Современные определения возраста Земли дают около 5 млрд лет, но это значение можно рассматривать только как минималь­ную оценку.

1.5. Биосфера Земли

Биосфера, по определению В. И. Вернадского, - наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios -жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40...50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25...30 км, до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океа­ны) и верхнюю часть земной коры - литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещест­во (растения, животные и микроорганизмы); биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные жи­выми организмами на протяжении геологической истории - ка­менный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные поро­ды неорганического происхождения и вода); биокосное вещество (продукт синтеза живого и неживого, т. е. осадочные породы, почвы, илы).

Отличительная и определяющая особенность биосферы со­стоит в ее целостности и населенности жизнью. Живое вещество Земли представляет собой самую мощную силу в биосфере, мате­риально и энергетически определяющую ее функции. В результа­те непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества изменяются как насе­ляющие биосферу организмы, так и среда, в которой они живут. Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Эта мно­госторонняя и разнообразная связь определяет биосферу как гигантскую экологическую систему, в которой человек является, с одной стороны, биологической частицей всей системы, а с другой -активным ее преобразователем.

Неуправляемо возрастающая техническая и энергетическая вооруженность человека отрицательно влияет на сбалансирован­ность процессов в биосфере. Поэтому сегодня глобальной задачей человечества является определение и осуществление допустимых пределов воздействия на биосферу в целях предотвращения эко­логической катастрофы.

Представление о жизни как о сплошной «пленке» живого ве­щества, покрывающего Землю, сформировал в XVIII в. Ламарк, а в 1920-х годах советский биохимик В.И. Вернадский предложил научное обоснование биосферы. Он доказал, что все три оболоч­ки Земли связаны с живым веществом, которое непрерывно воз­действует на неживую природу.

Биосфера - гигантская экологическая система, в которой че­ловек выступает и как ее частица и как ее преобразователь. Ко­нечная цель человека - управление всеми процессами в биосфе­ре, преобразование ее в ноосферу - сферу разума.

Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ исполь­зования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электри­ческую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеи­вают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, извест­няк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воз­действием жизни.

Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рас­сматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Другая особенность живых организмов - это их способность к самовоспроизведению. Итак, к особенностям функционирования живых существ относятся:

Способность к самовоспроизведению;

Способность образования полимерных оболочек, ограж­дающих живое вещество от косной среды;

Способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормаль­ных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.

В заключение остановимся на эволюции биосферы - самой большой экосистемы Земли. На первом этапе (примерно 3 млрд лет тому назад) происходило образование органического вещест­ва в результате синтеза в абиотических процессах. Атмосфера Земли состояла из водорода, азота, окиси углерода, метана; со­держала вредный для жизни хлор и пр., не содержала кислорода. Ультрафиолетовое излучение (озона тогда не было) вызвало хи­мическую реакцию, в результате которой появились аминокисло­ты - сложные молекулы органических веществ. Сформировались анаэробные организмы, которые находились под водой.

За счет их деятельности через миллиард лет появился кисло­род, который частично превратился в озон и защитил Землю от ультрафиолетового излучения. Вероятно, жизнь, меняя только форму, сама создала для себя необходимые условия (в частности, наличие кислорода). Биосфе­ра представляет собой единый организм. В жизни природы, в Космосе не человек является главной целью мироздания. В мире нет человека и природы, нет человека и Космоса, человека и Все­ленной. Есть природа, Космос, Вселенная, а человек - только их маленькая частица, единственная возможность для человека вы­жить - это подчиняться законам Вселенной. Как писал знамени­тый английский философ XVII в. Фрэнсис Бэкон, «Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей». В этом предна­значение человека XXI в.

1.6. Причины и характер загрязнения биосферы

Загрязнение биосферы - одна из древнейших проблем чело­веческой цивилизации.

Опасность для биосферы состоит в следующем:

Использование человеком преимущественно внутренних по отношению к биосфере источников энергии (органическое топ­ливо);

Использование нерациональных хозяйственных циклов, приводящих к появлению отходов;

Использование вредных для природы синтетических ве­ществ;

Уничтожение человеком структурного многообразия био­сферы, что разрушает экосистемы.

Появление новых болезней - реакция биосферы на вмеша­тельство человека.

По характеру возникновения загрязнения подразделяют на ес­тественные и антропогенные. Естественные загрязнения возни­кают в результате природных, как правило, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана, селевой по­ток и т.п.), вне всякого влияния человека на эти процессы, ан­тропогенные - в результате хозяйственной деятельности человека. Интенсивность антропогенных загрязнений непосредственно связана с ростом численности населения земного шара и в пер­вую очередь с развитием крупных промышленных центров.

Антропогенные загрязнения подразделяются на промыш­ленные, сельскохозяйственные и военные. Промышленные за­грязнения вызываются отдельно взятым предприятием или их совокупностью, а также транспортом. Сельскохозяйственные за­грязнения обусловлены применением пестицидов, дефолиантов и других агентов, внесением удобрений в количествах, не усваи­ваемых культурными растениями, сбросом отходов животновод­ства и другими действиями, связанными с сельскохозяйствен­ным производством. Военные загрязнения возникают в результате работы предприятий военной промышленности, транспортиров­ки военных материалов и оборудования, испытания образцов оружия, функционирования военных объектов и всего комплекса военных средств в случае ведения военных действий. Последст­вия войны с применением атомного оружия могут привести к апокалипсису - «ядерной зиме».

Загрязнение атмосферы - привнесение в воздух или образова­ние в нем химическими веществами или организмами физиче­ских агентов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям, а также образо­вание антропогенных физических полей.

Загрязнение гидросферы - поступление в воду загрязнителей в количествах и концентрациях, способных нарушить нормальные условия среды в значительных по размерам водных объектах.

Загрязнение почвы - привнесение и возникновение в почве но­вых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов, которые меняют ход почвообразователь­ного процесса (тормозят его), резко снижают урожайность, вызы­вают накопление загрязнителей в растениях (например, тяжелых металлов), из которых эти загрязнения прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека.

Загрязнение космического пространства - общее засорение околоземного и ближнего космического пространства космиче­скими объектами. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение из-за вывода на орбиты и разрушения ядерных реакторов, кроме того «космического мусора», который вносит помехи в нормаль­ное функционирование наземных радиотехнических и астроно­мических приборов. По характеру воздействия загрязнения подразделяют на пер­вичные и вторичные.

Первичное загрязнение - поступление в окружающую среду не­посредственно загрязнителей, образуемых в ходе естественных природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов.

Вторичное загрязнение - образование (синтез) опасных загряз­нителей в ходе физико-химических процессов, идущих непосред­ственно в окружающей среде. Так, из нетоксичных составляющих в некоторых условиях образуются ядовитые газы - фосген; фреоны, химически инертные у поверхности Земли, вступают в стра­тосфере в фотохимические реакции, вырабатывая ионы хлора, служащие катализатором при разрушении озонового слоя (экра­на) планеты. Отдельные реагенты такого взаимодействия могут быть неопасными.

По механизму воздействия загрязнения подразделяются на механические, физические (тепловые, световые, акустические, электромагнитные), химические, радиационные, биологические.

Механические загрязнения - засорение среды агентами, оказы­вающими главным образом неблагоприятное механическое воз­действие на естественные и искусственные объекты.

Физические загрязнения связаны с изменением физических па­раметров среды: температурно-энергетические (тепловые), волно­вые (световые, акустические, электромагнитные), радиационные (радиационные, радиоактивные).

Тепловые (термальные) загрязнения обусловлены повышением температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов (продукты сгора­ния, выбрасываемые в дымовую трубу) и вод. Могут возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды (например, парниковый эффект - постоянное потепление кли­мата на планете в результате накопления в атмосфере углекислого и других газов (метана, фтор- и хлоруглеродов), которые анало­гично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятст­вуют длинноволновому тепловому излучению уходить с поверх­ности Земли).

Световые загрязнения вызваны нарушением естественной ос­вещенности местности в результате действия искусственных ис­точников света и могут приводить к аномалиям в жизни растений и животных.

Акустические загрязнения связаны с превышением естествен­ного уровня шума и ненормальным изменением звуковых харак­теристик в населенных пунктах и других местах вследствие рабо­ты транспорта, промышленных установок, бытовых приборов, поведения людей или других причин.

Электромагнитные загрязнения возникают в результате изме­нения электромагнитных свойств среды (от линий электропере­дачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных ус­тановок и т.п.), приводят к изменениям в тонких клеточных и мо­лекулярных биологических структурах.

Радиоактивные загрязнения обусловлены превышением естест­венного уровня содержания радиоактивных веществ в среде. Их последствием является радиационное загрязнение, вызванное действием ионизирующих излучений.

Биологические загрязнения вызваны проникновением (естест­венным или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические установки видов организмов, чуж­дых данным сообществам и установкам и обычно там отсутст­вующих. Выделяют биотические и микробиологические загряз­нения.

Микробиологические (микробные) загрязнения возникают из-за появления в среде необычно большого количества микроорга­низмов, связанного с массовым их размножением в средах, изме­ненных в ходе хозяйственной деятельности человека.

Литература

1) Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник./под ред. Н.И.Иванова и И.М. Фадина. М.: «Логос», 2002.

2) Кедров Б.М. « Предмет и взаимосвязь естественных наук». М.: Наука,1967.436 с..

3) Мизун Ю Г. Экология известная и неизвестная. М.: Науч.-практ. центр 1994. 240 с

4) Экология: Учебник для вузов/Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, Б.П. Усанов и др.; Под ред. СИ. Цветковой. СПб.: Химиздат, 1999. 488 с

Серия «Информатизация России IIа nopore XXI века» А. С. П реем ан орrАНИЗАЦИЯ БИОСФЕРЫ И ЕЕ КОСМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ (кибернетические основы планеТНО КОСМИ"lеской орrанизации жизни) I"fO СИНТЕr Москва 1997 rрДтичсскоii CIICI"CMbl. C"pYKTyra ИНфОр lаЦllOllllblХ потоков в бllОСфt"ре и свнзь (iIlОСфl"РЫ С K0010C() I. 4 Предисловие Вторая часть ПОСВЯЩf"на информационной роли электромаrнит- ных полей. дeCb показано, что эти поля способны нести важнейшую биолоrическую информацию. Тем самым обнаруживается возможный материальный носитель управляющих сиrналов. В некотором смысле эта часть является конкретизацией идей Чижевскоrо. связанных с изучением влияния космических излучений на биосферу. Автор вскрывает конкретные механизмы осуществления 31"oro влияния (реrуляция ритмов, ориентация орrанизмов, структура сиrнализации). Но речь идет не просто о роли внешних электромаr- нитных возмущений, а о структуре биосферы как кибернетической системы, в которой роль носителей информации иrрают электромаr- нитные поля. В третьей части рассматриваются общие принципы орrанизации живой природы В биосфере: пространственная симметрия, временные характеристики биоритмов, орrанизация развития орrанизмов и адаптация орrанизмов. На примере этой части проявляется познава- тельная сила кибернетических представлений об орrанизации. В четвертой части речь идет об эволюции биосферы. о роли слу- чайностей и закономерностей В эволюции, о направленности эволюци- oHHoro процесса. Здесь отчетливо показана недостаточность упро- щенных моделей эволюции, продемонстрирована системная при рода процесса эволюции, указаны очень интересные эволюционные идеи В.И. Вернадскоrо и намечено направление их развития. «Орrанизация биосферы и ее космические связи» является высо- ко компетентным и прекрасно написанным введением в актуальную проблематику биокибернетики, ориентированным на широкий Kpyr читателей, интересуlOЩИХСЯ как кибернетическими методами. так и специально биокибернетической проблематикой. Потенциальный Kpyr читателей вес"ьма широк это специалисты в области кибернетики, электромаrнитных излучений, эколоrии, теории систем, а также уча- щаяся молодежь и лица, стремящиеся расширить свой круrозор в соответствующих областях. Эта книrа, несомненно, с большим интересом будет встречена и учеными. и широким KpyroM читателей. Ю.А.Шрейдер, действительный член Российской академии естественных наук, доктор философ. наук, канд. физ.-мат. наук 5 Александр Самуилович Пресман (1909.1985) Бuоzрафuческuй очерк Александр Самуилович Пресман родился в Кисловодске в 1909 rоду. там он провел детство, отрочество и раннюю юность. Ero отец был дирижером оркестра в курортном rороде, и мальчик рос в артистиче- ской среде. увлекаясь МУ.lыкой и литературой. Революция резко изменила жизнь семьи. Отец поrиб в rражданс- кую войну. Мать осталась с тремя детьми на руках. практически без средств к существованию. Саша начал обучаться различным ремес- лам в частных мастерских и уже с ранних лет зарабатывал на жизнь, помоrая матери и сестрам. В школе он почти не учился. компенсируя это интенсивным самообразованием. В науку Пресман пришел далеко не прямой дороrой. Будучи на- турой увлекающейся, он испробовал себя в разнообразных сферах творчества. Например, два rода он проучился в балетной школе. За- тем увлекся артистической деятельностью. К девятнадцати rодам у Hero созревает идея поехать В столицу. устроиться работать на завод и одновременно попробовать себя в качестве журналиста. В 1928 rоду он поступает В Москве на работу в «Трехrорную ма- нуфактуру», осваивая профессию покрасчика тканей. Одновременно он становится корреспондентом ведомственной rаз ты в министерстве леrкой промышленности. ТалантливыЙ и общительный. он активно участвует в фа()ричнЬ1Х творческих кружках, пишет небольшие очерки и рассказЬ1. ОН попадает в литературно-артистическую студию, из- вестную под названием «Синяя блуза». знакомится там с Влади- миром Маяковским. участвует В ero экспериментальных драматиче- ских постановках. Бурно!" развитие физики в начал!" тридцатых rоДОВ захватывает ero воображение. и он идет на рабфак. чтобы закончить среднее об- разование и получить возможность поступить в высшее учебное заведение. Наконец в 1935 rоду, после успешной сдачи экзамена, Пресман стаНОВIIТСЯ студентом фllзическоrо факультета MOCKoBcKoro универ- ситета. С этоrо времеНII он целиком поrружается в освоение точных наук. Блестящая плеяда ученых-физиков, преподавателей физфака, увлекает ero на леКЦl1ЯХ и семин11 рах новейшими открытиями в теоре- тическоЙ 11 \lкспеРlIментальной физике. Школа акадеМИка Мандель- 6 БИОI1JTOPCJii ОН .13 "T 1\ К 1Ч("СIВ " СfНI3ИСТ,l f\ :t<"iicrr,ующую apMIНO. rAe он ПРОI"<"JI четыре ro;!a нплсть.10 ОКОllчаТРЛ!,llOi"l по(iеды над фа. шистской r"ермаllll("Й. и nы,l .1I"моБИЛЮОRЗIl в ОфИ1LЕ"рСКОМ 31J3НИИ К концу 1945 J"ОДЗ. ЭТО было Аремя, KorAa страна при orpoMHbIx потерях кадров ис Пblтывала нараСТRЮIllУIO потребно,"ть в раЗRИТllИ IIOBb:X направлений прикладных наук. Пр "сман немЕ"ДЛ("ННО получаl"Т напранлеШlе f\ обо ронное ОКБ по ращtoлокаuии и Нil"IIIH;J("T Р1 Р"ч!"III!J;\М;";) < витием ero ИдеИ об информационной роли "iлекrРОМ,lfНIIТНЫХ полеЙ 11 живой природе, биосфере и Космосе. В них обсуждаются общие при!!. ципы орrанизации живой природы В биосфере, соrлзсоваНlIOСТЬ био. ритмов, участие "iлектромаrнитных полей В процессах "iмбрионзльнurо., развития и адаптации. Здесь ПОДНИмаются такие исключительно ин- тересные и важные для биолоrии вопросы, как "iволюция биосферы, единая rармония жизни и космоса, космическая информация. Нск."!IО" чительная эрудиция Пресмана позволяла ему uбuбщаrь множество эмпирических данных, приходя к интереснейшим выводам и rипоте- зам, которые до сих пор остаются В высшей степени актуальными. Он щедро делился своими знаниями и опытом с коллеrами, особенно с молодыми учеными. Пресман выступал на различных научных конфе!t"наиях и сим" позиумах, проходивших В нашей стране, не раз полу"r:;,1 ,tршлашеНIIЯ Из-за rраницы. но оrраничения на выезд не позволили,:ому ВОСПОЛЬ.lО- ваться ни одним ИЗ них. Около ста ero научных статей были опуБЛИКОБЗНЫ в отечествен- ных и зарубежных журналах, таких, как «Биофизика», «Успехн физи- ческих наук», «Успехи биолоrических наук», «Докла:J.Ы АН". «Бю.lле. тень экспериментальной биолоrии и медицины», «Научная МЫСJlо)" И др. Вышли в свет ero моноrрафии: «Сантиметровые I:>о:нr"j\ (<t",щ,ая природа» (<<Наука», м., 1968), «Электромаrнитные поля В биосфt"f"> ("Знание», М., 1 971), «Электромаrнитная сиrнализация В живоЙ ПI ; {юде» «,Советское радио». м., 1974), «Идеи В.И. Вернадскоrо в современнvЙ био",оrии (Ппа- нетно-космические основы орrанизации жизни)>> (<<Знание>>, М.. 1976). Книrа «Сантиметровые волны» вскоре после "" опубликования была переведена на болrарский и китайский я;,ыки. .Iv\оноrрафия «Электромаrнитные ПО,lЯ И живая IIрирода» В 1970 ro.J.Y вышла в США в издательстве «Plenum Press» с преДИL}ЮIЧ:" .., ;Jроф."ссора F.A. Brown. В 1971 rоду она была опубликована Ii ПС"IЬ)I(" еаршав ским ИЗЩlfеJ1ЬСТВОМ «Pa!lstowowe wydaw!lictwo r:;,"h"j1v,"». :)Tние мож(>т долrо н(> поддаваться никаким rипо- тетическим объяснениям, но при этом оно оказывает блаrотворное 18 Введение влияние на понимаиие явлений природы, а в конце концов становится основой для построения rипотез: Это блестяще подтвердилось в отношении эмпирических обобще ний в рамках учения о биосфере, которое становится ныне nporpaM- мой системио кибt"рнетическоrо подхода к проблеме жизни. На основе эмпирических обобщений. данных биолоrии, физики, химии, наук о Земле и астрономии В.И. Вернадский пришел к за- ключению, что специфическую орrанизацию живоrо не только нельзя свести к известным физико-химическим структурам и процессам, но и нельз выявить, изучая только отдельиые орrаниэмы. Ибо жизнь во всех ее проявлениях составляет неразрывиую часть биосферы «виt" биосферы мы жизнь научно ие знаем и проявлений ее научно не ви- дим». Иначе rоворя, он считал, что свойства живоrо в полной мере 11РИСУЩИ только целостиой планетарной систt"мt" жизни биосферt". А поэтому и проблему происхождения жизни надо рассматривать в таком планетном масштабе; «rоворя о появлении на нашей планете жизни, мы в действительности еоворим только об образовании на ней биосферы». В неразрывной связи с биосферой Вернадский pac сматривал и проблему эволюции жизни. «Очевидно, писал он, и иаблюдаемая эволюция видов должна быть связаиа со строением биосферы. Ни жизнь, ни эволюция ее форм не MorYT быть независимы от биосферы, не MorYT быть ей противопоставляемы как независимо от нее существующие природные сущности». Анали ируя биоrеохимическую орrанизованность биосферы, Bep надский приходит к заключению, что «первое появление жизни при создании биосферы должно было произойти не в виде появления од- Horo какоrо нибудь вида орrанизма, а в виде их совокупности, OTBe чающей rеохимическим фуикциям жизии. Должны были сразу поя- виться биоцеиозы». А такое событие не моrло произойти в результате случайных изменений земноrо вещества, земных сил, ибо это значило бы, что на нашей планете существовали какие-то особ.ые условия, независимые от свойств Вселенной, частью которой она является. И Вернадский приходит к выводу:. «Твари Земли являются созданием сложноrо космическоrо процесса, необходимой и закономерной частью стройноrо космическоrо механизма, в котором, как мы знаем, нет слу- . в качестве при мера эмпирическоrо обобщения Вериадскиi! приводит систему Д.И. Менделеева. Но можно привести и такие примеры, как «комбинациониыi! приицип» систематики спектров В. Ритца, законы иаследствеииости r. Менделя, закон Тициуса-Боде в астрономин и др. Введение 19 чайности». Иначе rоворя, первичная биосфера в виде совокупности примитивиых орrанизмов моrла образоваться, по убеждению Вернад- cKoro, только в результате закономерных изменений земных веществ и сил, блаrодаря каким-то связям нашей планеты с высокоорrанизо- ваиной Вселенной, частью которой она является. Как же осуществляется связь орrанизации биосферы с этой кос- мической орrанизованностью? В.И. Вернадский считал, что это про- исходит посредством электромаrнитных излучений, простирающихся во всем известном нам спектре от волн длиной в доли aHrcTpeMa до сверхдлинных волн. «Блаrодаря космическим излучениям, пи- сал он, биосфера Ilолучает во всем своем строении новые, необыч- ные и иеизвестные для земноrо вещества свойства, и отражающий ее в космической "среде лик Земли выявляет в этой среде новую, изме- ненную космическими силами картииу земной поверхности. Мы улав- ливаем и сознаем только ничтожную часть этих излучений, и срt"ди них мы изучали почти исключительно излучения Солнца. Но мы зна- ем, что существуют и падают на биосферу волны иных путей, идущие от отдаленнейших частей космоса». Однако Вернадский подчеркивал. что уже то, что мы знаем о влиянии солнечных излучений на все жи- вое, достаточно для nepBoro, но достоверноrо представления о био- сфере как о земном и космическом орrанизме. В.И. Вернадский был rлубоко убежден в том, что жизнь в Tt"X или иных ее формах широко распространена во Вселенной. «Можно считать, писал ои, что жизнь всеrда в Космосе существовала и существует как таковая, захватывающая автоматически необходимую для ее проявления материю». А поэтому в физическую картину Кос- Моса, наряду с материей, энерrией, пространством и временем, необ- ходимо ввести и ранее не рассматривавшийся элемент живоrо; «Переворот, совершившийся S нашем ХХ Bt"Ke в физике, ставит на очередь пересмотр основных биолоrических представлений. По-види- мому, он впервые позволяет в cTporo научной концепции мироздания поставить в Космосе на подобающее место явления жизни». Это мож- но сделать, считал Вернадский, с позиции общеео принципа симмет- рии, которому подчинены пространство, время, энерrия и материя на всех уровнях мноrообразия Мира и который охватывает как явления мировоrо Космоса, так и явления жизни. Исходя из этоrо прииципа, он и рассматривал специфику пространственной и временной орrани- зации живоrо во взаимосвязи с пространственно-временной симмет- рией Космоса. Биокосмические идеи В.И. Вернадскоrо нашли первые подтверж- дения в исследованиях АЛ. Чижевскоrо (1973). Анализируя MHorOBe- 20 Введение ковые наблюдения взаимосвязей между периодичностью ряда про- цессов в живой и неживой природе Земли, с одной стороны, и перио- дичностью небесных явлений, с друrоА, он пришел к заключению о планетном единстве жизни и ее связи с космическоА средоА. Отверrая rипотезы о возникновении жизни и орrанизации биосферы в резуль- тате случаАной иrры земных сил, А.л. Чижевский писал: «Жизнь же, как мы видим, в значительно большей мере есть явление космическое, чем земное. Она создана воздействиями творческоА динамики космо- са на инертный материал Земли. Она живет динамикоА этих сил, и каждое биение орrаническоrо пульса соrласовано с биением космиче- cKoro сердца этой rрандиозноА совокупности туманностеА, звезд, Солнца и планет». И эти космические воздействия осуществляются, по убеждению Чижевскоrо, через потоки электромаrнитных излучений волн различной длииы, притекающих к нам не только от Солица, но из отдаленнейших недр Вселенной. Учение о биосфере В.И. Вернадскоro дмroe время не находило приз- нания у большинства ученых, ибо ero основные выводы были явно парадоксальными с точки зрения сложившихся в биолоrии представ- лений о фундаментальных основах жизни. Но, как верно отмечал К. Маркс (К. Маркс и Ф. Энrельс. Соч. т. 16, стр. 131), «научные истины всеrда парадоксальны, если судить на основании повседневноrо опы- та, КОТQРЫЙ улавливает лишь обманчивую видимость вещей» (яркий пример тому система Коперника). Именно преодолев обмаичивую видимость самозарождения и саморазвития орrанизмов как автоном- ных единиц живоrо, Вернадский и пришел к заключению о планетной орrанизации жизни, о космических истоках ее возникновения и эво- люции. Но только в последнее десятилетие наука «доросла» до пони- мания Toro революционноrо переворота в биолоrическом мышлеиии, который совершил более полувека тому назад этот моrучиА мысли- тель. Приведем здесь некоторые высказывания по этому поводу. ИзвестныА зоолоr В.Н. Беклемишев (1964) писал: «Ни один opra- низм не обладает действительной автаркиеА жизнь орrанизована в планетарном масштабе. Все живые существа части ер.иноrо цело- ro, rиrантской совокупности живых существ, живоrо покров а Земли». Такой же вывод сделал выдающийся французский математик, заии- мающийся теоретической биолоrией, Р. Том (1970): «Жизнь cKopet" можно представить в виде некоторой rлобальной структуры, характе- ризующеАся наличием элементарных систем, но и в то же время це- лостной и устойчивой... Следовательно, мы можем соrласиться с по- ложением виталистов (например, Дриrа) о том, что любое микропро- Введение 21 явление, присущее живому орrанизму, возникает в соответствии с некоторым rлобальным «плаиом» или «проrраммой». Столь жt" решительны и заключения о космических истоках жиз- ни. Так, М. Овенден (1962) утверждает, что «жизнь (даже разумная) это нормальное проявление свойств материи во Вселенной, такое же как звезды и rалактики». А.К rробстайн (1965) дt"лает следующее заключение: «Космические перспективы побудили нас искать новый критерий для определения жизни стало невозможно рассматри- вать жизнь как наименьший знаменатель для земных объектов: она стала неотделимой от Вселенной и ее эволюции». За последние полтора десятилетия значительные успехи были достиrнуты в изучении временной ритмической орrанизации биосфе- ры и ее связей с ритмами солнечной активности. В ходе этих еелио биолоеических исследований (основы которых были заложены АЛ. Чи жевским) была выявлена соrласованность с ритмами солнечной ак- тивности целоrо ряда ритмов биолоrических и rеофизических процес сов в биосфере с периодами от нескольких дней до нескольких со- тен лет. Уже имеются убедительные основания к тому, что эти rелио- биолоrические связи осуществляются посредством электромаrнитных полей. Эти результаты стимулировали интерес к значительно более длительным ритмам биолоrических и rеолоrических процессов от десятков тысяч до сотен миллионов лет, обнаруживаемым при ана- лизе палеонтолоrических, палеоrеолоrических и палеомаrнитных дан- ных. По мнению ряда ученых. и эти ритмы связаны, по-видимому, с влиянием «космических датчиков ритма» на нашу планету. Таким образом, вопрос о существовании. биокосмических связей обретает уже рt"алЬНУЮ почву. Однако этот вопрос является только одним из аспектов проблемы о планетно-космической орrанизации Жизни. Для Toro же, чтобы подойти к решению этой проблемы в цe лом, необходимо предпринять смелое и широкое иаступление иа всех фронтах естественных наук биолоrии и биофизики, физики и хи- мии. rеолоrии и астрономии. Есть основания утверждать. что арсенал эмпирических знаний, накопленных этими науками, достаточен уже для начала TaKoro наступления надо только разработать опти- мальную ero стратеrию. А из проведенноrо выше экскурса в историю развития биолоrии следует, что эту стратеrию надо строить на основе системно-кибернетичt"скоro анализа эмпирических обобщений В.И. Вер- надскоrо и их модификаций в ориентации на достижения современно- ro естествознания. В CBeTt" TaKoro развития учения В.И. Вернадскоrо о биосфере вырисовывается концепция плане11lно космической opea 22 Введение низации жизни (А.с. Пресман, 1974, 1975. 1976). которую можно оха- рактеризовать в следующих основных положениях: 1. Жизнь на Земле существует как планетная кибернетическая сис- тема биосфера, состоящая из иерархически соподчиненных био- систем от клеточных до биоценозов. Эти биосистемы функцио- нируют соrласованио за СЧет информациои"ных взаимосвязей, а биосфера в целом функционирует блаrодаря информационным связям со своим космическим окружением. 2. Универсальными носителями информации иа всех уровиях иерар- хической орrанизации биосферы, а также носителями информации в биосферу из ее космическоrо окружения являются электромаr- нитные поля. Эти поля простираются в широкой области электро- маrиитноrо спектра от периодов в сотни миллионов лет до диа- пазона сверхвысоких частот. 3. В иерархии систем биосферы и иерархии космических систем за- ложены единые принципы орrанизации. Это проявляется в изо- морфизме симметрии биолоrических и космических объектов, в со- rласованности биолоrических и космических ритмов и в паралле- лизме признаков фуикционироваиия живых и космических систем. 4. Биосфера Как планетная система жизни образовалась и эволю- ционировала, моделируя в своей орrаннзации все более высокие уровни орrанизации вселенной. Это происходило за счет извлече- ния биосферой все более обширной информации из непрерывно распространяемой электромаrнитными полями информации о мноrообразной орrанизованности Вселенной. 5. Жизнь во Вселенной может быть различной по форме и вещt"ст- венно-энерrетическим процессам, но она всеrДа орrанизована по единым принципам космической орrанизованности. Поэтому по характеристикам орrанизации биосферы можно составить хотя бы общее представление о характере орrанизации известных нам об- ластей Вселенной. При построении этой концепции отнюдь не ставилась задача раз- решить поставленную В.И. Вернадским проблему о планетно-косми- ческой орrанизации жизни с совремеиных естественнонаучных пози- ций. Задача состояла в том, чтобы показать возможность решения этой проблемы на основе системно-кибернетичt"скоrо подхода к ней. Т.е. попытаться подойти к выявлению принципов орrанизации био- Введение 23 сферы и закономерностеА ее связей с космическоА орrаиизоваиностью путем построения кибернетических моделеА. Следует подчеркиуть, однако, что речь идет не о практикуемом нередко в биокибернетике и бионике «втискивании» биолоrических явлениА в прокрустово ложе кибернетических моделей, а наоборот, о построении таких моделей, исходя из системноrо аНализа эмпирических обобщений данных био- лоrии и друrих областей естествознания. В этой книrе приводятся эмпирические и теоретические обосио- вания правомерности предлаrаемой концепции и плодотворности вытекающих из нее выводов в отношении всех основных аспектов про- блемы планетно-космической орrанизации жизни. В свете этих выво- дов рассматриваются возможные функциоиалъно-кибернетические схемы ряда важнеАших биолоrических процессов: индивидуальноrо развития орrанизмов, реrуляции их произволъных действиА, механиз- мов старения, патолоrии и адаптации, координации деятельности особеА в rруппах и сообществах и др. 24 Часть первая Планетная система жизни биосфера Попытки найти первооснову Bcero мноrообразия форм и функций жизни в специфических особенностях элементарных составляющих живой клетки белков и нуклеиновых кислот в сущности были попытками установить физический критерий живоео на молекуляр- ном уровне. При этом исследователи часто ссылались на определение Ф. Энrельсом жизни как способа существования белковых тел. Одна- ко они «забывали» о том важном добавлении, которое Энrельс сделал к этому определению: «Наша дефиниция жизни, писал он, ра- зумеется, весьма недостаточна, поскольку она далека от Toro, чтобы охватить все явления жизни, а напротив, оrраничивается самыми общими и самыми простыми среди них... Чтобы получить действи тельно исчерпывающее представление о жизни, нам пришлось бы проследить все формы ее проявления, от самой низшей до наивыс шей» (К. Маркс, Ф. Энrельс, Соч., т. 20). Примечательно, что к такому же выводу пришел В.И. BepHaд ский. Признавая правомерность сведения простейших процессов жизнедеятельности к химии и физике мертвой среды, он подчеркивал, что «приходится принимать во внимание все существующие мириады живых орrанизмов всю совокупность жизни, чтобы понять великое природное явление, которое они порождают» (1960). Именно на основе анализа всей совокупности форм и функций живоrо Вернадский и пришел к определению жизни как планетной орrанизации биосфе- ры, которую рассматривал как часть космической орrаиизованности. И в последующих rлавах этой части будет показано, как совремеиное развитие этих представлений приводит к определению биосферы как кибернетической системы в Космосе. rлава 1 От физическоrо критерия жизни к кибернетическому Современные исследования элементарных составляющих живой клетки показали (Л.А. Блюменфельд, 1964, 1971, 1974), что никакими специфическими физическими свойствами эти элементы не обладают: rлава 1 25 в клетке содержатся те же химические элемеиты, что и в иеживых объектах; структура и свойства биополимеров и их низкомолекуляр- ных составляющих не отличаются от таких характеристик у обычных полимеров; упорядоченность построения биополимеров из мономеров с физической (термодинамической) точки зреиия не ВЫШе, чем у полимеров в неживых объектах; одни и те же химические структуры используются в живой клетке для совершеино различиых целей. Не- специфичеС1<ОЙ, с физической точки зрения, является и, казалось бы, уникальная упорядоченность построения белков из амииокислот и ДНК из нуклеотидов. По физической оценке, в энтропийных единицах (з.е.)", упорядоченность построения этих молекул практически «иичеrо Не стоит». Более Toro, расчеты показывают, что даже упорядоченность столь сложной системы, как орrанизм человека, связанная с ero кле- точным составом и всем содержимым белков и ДНК, не превышает примерно 300 Э.е. (или 1,3" 1

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

КЕМЕРОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Реферат на тему: «Космос и Биосфера Земли»

По дисциплине: «КОНЦЕПЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

Выполнил: _________________

____________________________

Проверил:____________________

_____________________________

КЕМЕРОВО 2004г

1. К ОСМОС И БИОСФЕРА ЗЕМЛИ

1.1. Общие фундаментальные принципы и закон ы......…… …..3стр

1.2 Связь жизни на Земле с физическими условиями. Про исхождение жизни……………………………………. …5стр

1.3. Влияние Солнца на экологические процессы Земли . … … ….8стр

1.4. Земля…………………………………… . …………………… …9стр

1.5 . Би осфера Земли……………………………………………… ...10стр

1.6. .Причины и характер загрязнения биосферы….. …………13стр

Список используемой литературы …………….. …………………1 7 стр

1 . КОСМОС И БИОСФЕРА ЗЕМЛИ.

1.1. Общие фундаментальные принципы и законы

Чтобы понять законы экологии и представить себе возможные последствия неудачного сосуществования человека с природой, необходимо понять, что такое жизнь, как она возникла, какова ее цель, есть ли общие принципы и законы Космоса, в частности, в отношении к жизни.

Несколько слов об общих принципах и законах мироздания. Физике известно большое число полей: акустические, аэродинами-ческие, гравитационные, ионные, радиационные, температурные, электромагнитные и т.д. Современные данные свидетельствуют о том, что все физические поля имеют единую электродинамическую природу. С более общих, естественнонаучных, позиций учения В.И. Вернадского можно говорить о единстве живой и неживой природы, о едином поле, связывающем в общее целое исключи-тельно мелкие объекты (микромир), чрезвычайно крупные (Все-ленную) и наиболее сложные (жизнь).

В микромире в роли фундаментальных частиц Мироздания выступают: «нейтрино», электрон, протон, а также биологическая клетка. В природе сохраняются и квантуются следующие величи-ны: энергия, импульс, угловой момент, электрический заряд, жизнь.

Для нас Вселенная в ранговой последовательности - это пла-неты Солнечной системы, звезды, рассеянные скопления, межга-лактическое пространство, галактики. Процессы в микромире измеряются секундами, процессы во Вселенной (например, эво-люция галактики) - десятками и сотнями миллиардов лет. Но физические процессы в этих системах одинаковы. Существуют три основополагающих принципа Вселенной Первый космологический принцип утверждает, что Вселенная пространственно однородна и изотропна.

Второй космологический принцип Джордано Бруно гласит: характеризующие Вселенную константы (например, радиус гра-витационного взаимодействия, средняя плотность вещества) не зависят от времени.

Третий принцип актуализма Лайеля утверждает, что законы природы не меняются с ходом времени.

Как определенный постулат следует рассматривать утвержде-ние: всякое взаимодействие имеет материальный носитель физи-ческих взаимодействий.

Другой фундаментальный принцип Мироздания - закон со-хранения энергии (первое начало термодинамики).

Как следствие второго закона термодинамики еще один важ-ный постулат: изолированных систем не существует.

Аналогию между взаимодействием в физическом мире и жи-вой природе (это деление условно, но, как увидим далее, принци-пиально) можно проследить на примере знаменитых экологиче-ских законов Б. Коммонера:

* ничто не дается даром (принцип сохранения);

* все должно куда-то деваться (принцип сохранения);

* все связано со всем (отсутствие изолированных систем);

* природа знает лучше (первенство природы).

В биологии наблюдается способность живых систем реагировать на изменения внешних и внутренних условий и динамически возоб-новлять структуру, электрохимический состав, свойства (явления гомеостаза). В масштабах пространства и времени существует рав-новесие между процессами прироста и убыли жизненных сил.

Знаменитый немецкий биолог Вирхов обосновал фундамен-тальное положение биологии: каждая клетка - из клетки. Про-странственная классификация в биологии - это деление живых существ на одноклеточные и многоклеточные организмы, каждая клетка появляется в результате деления материнской клетки на две. Для своей жизнедеятельности организмы используют вещество, энергию, информацию (как наследственную, так и получае-мую в течение их жизни).

Жизнь в самом упрощенном виде можно рассматривать как процесс воспроизводства частиц-клеток. Господствующим прин-ципом в биологии является принцип Пастера-Реди - живое от живого. Ни одна попытка «саморождения» биологической клетки не увенчалась успехом.

1.2. Связь жизни на Земле с физическими условиями. Происхождение жизни

Жизнь на Земле однотипна в том смысле, что генетический код любого организма, любого биологического вида состоит из сходных органических соединений. Несмотря на это сходство, жизнь на Земле удивительно разнообразна. Ученым известно се-годня около 2 млн биологических видов, из них 20% - растения, 80% - животные.

В живых системах осуществляется динамическое управление, связанное с процессами получения и использования информации об окружающей и внутренней среде, сохранения и передачи ин-формации. В этом принципиальное отличие живых систем от ки-бернетических аналогов. Первые обладают генетической инфор-мацией, дошедшей из бесконечного прошлого и обращенной в бесконечное будущее, рассчитанной на вечную жизнь в вечной Вселенной. Вторые не обладают ни извечной целью, ни генетиче-ской информацией. Жизнь таким образом нельзя ни понять, ни описать в рамках чисто физических представлений.

Но при универсальности генетического кода разнообразие жизни на Земле связано с разнообразием физических условий, в которых жизнь существует (температура, давление и др.). На многие процессы в живой природе действуют такие физические условия, как вращение Земли вокруг своей оси, обращение Зем-ли вокруг Солнца, циклы солнечной активности. Последнее от-крытие принадлежит нашему выдающемуся соотечественнику А.Л. Чижевскому: например, в XX в. максимумы солнечной ак-тивности наблюдались в 1905, 1917, 1928, 1937, 1989-1991 гг. Факторами изменчивости живых организмов являются мутации, вызванные радиацией, химическими и температурными воздей-ствиями на клетки, несущие генетическую информацию. Подав-ляющее большинство мутаций губительно действует на орга-низм.

Принято считать, что жизнь на Земле возникла в результате благоприятного стечения обстоятельств. Сегодня преобладает точка зрения, что жизнь - явление не земное, а космическое. Эту мысль еще в XVII в. высказал известный голландский ученый Христиан Гюйгенс: «Жизнь есть космическое явление, в чем-то резко отличное от косной материи». Говоря о космическом явле-нии, не надо думать (как это очень часто представлялось), что жизнь в виде зародышей занесена из Космоса. Вопрос значительно глубже. Возможно, что зародыши жизни, ее потенциал, ее носите-ли, возможности ее возникновения содержатся в некой субстан-ции, пронизывающей Вселенную. В той части Вселенной, где имеются необходимые физико-химические условия, жизнь вспы-хивает, как костер из сухих веток. Но эта субстанция, содержащая программу жизни, едина для всей Вселенной.

Мы привыкли считать, что жизнь как-то развивалась от про-стейшего к сложному. Но сценарий возникновения жизни был другой. Эта мысль содержится в блестящих работах В.И. Вернад-ского. Он писал: «Неизбежно допустить, что, может быть, и менее сложная в основных чертах, чем теперешняя, но все же очень сложная жизненная среда сразу создалась на нашей планете как нечто целое в догеологический ее период. Создался целый мо-нолит жизни (жизненная среда), а не отдельный вид животных организмов, к какому нас ложно приводит экстраполяция, исхо-дящая из эволюционного процесса». Он здесь же добавляет очень знаменательное: «...все живое представляет неразрывное целое, закономерно связанное не только между собой, но и с ок-ружающей средой биосферы. Но наши современные знания не-достаточны для получения яркой единой картины. Это дело бу-дущего...».

Мы не должны искать начало жизни во Вселенной, как не ищем начала энергии или материи. Вместе с принципом Пастера-Реди В.И. Вернадский добавил очень важный принцип неиз-менности жизни: «Жизнь остается в главных своих чертах в тече-ние геологического времени постоянной, меняется только ее фор-ма...Само живое вещество не является случайным созданием... Мы начинаем видеть в биосфере не единичное планетное или земное явление, а проявление строения атомов и их положения в космо-се, их изменения в космической истории».

Таким образом, В.И. Вернадский, как и многие другие ученые, высказывает мысль, что Земля - не единственный очаг жизни во Вселенной. По мнению известного ученого В.И. Шкловского, ко-торый посвятил свои исследования поиску жизни во Вселенной, возможное число очагов жизни в нашей Галактике составляет

N 1 =10 5±5 .

Пока обнаружить другие цивилизации, другую жизнь не удает-ся. Но существование единственного очага жизни противоречит первому космологическому принципу. Существование жизни лишь на определенном временном отрезке, «этапе развития» Все-ленной (на Земле) противоречит второму космологическому прин-ципу. Имеются шансы встречи с высокоразвитой цивилизацией.

А как же с будущим человека, с жизнью на Земле? Человек всего лишь один из 2 млн видов животных организмов на Земле, а жизнь на Земле - всего лишь жизнь на одном из миллиардов оби-таемых миров.

Гибель человека на Земле и даже гибель жизни в результате экологической катастрофы не противоречит ни одному из выска-занных ранее глубоких научных принципов.

1. 3. Влияние Солнца на экологические процессы Земли.

Из всех элементов электромагнитного излучения для биосфе-ры наиболее опасно ультрафиолетовое излучение, поскольку, воздействуя на живое на Земле, подвергает его опасности унич-тожения. Биологическое действие ультрафиолетового излучения, обусловленное химическими изменениями поглощающих его мо-лекул нуклеиновых кислот и белков, выражается в нарушениях деления, возникновении мутаций и гибели клеток. Задерживается ультрафиолетовое излучение слоем озона. В стратосфере озон (трехатомный кислород) образуется из кислорода. Распределение озона над поверхностью Земли неравномерно. Озон разрушается окислами азота, образующимися в камерах сгорания твердотоп-ливных ракет (ТРД), а также фреонами, которые в стратосфере выделяют активный хлор, вступающий в реакцию с озоном. Вы-ведение каждой тонны груза ракеты сопровождается потерями 8 млн т озона.

Кроме волнового излучения на Землю поступает корпуску-лярное (корпускула - частица) излучение Солнца. Если электро-магнитное излучение стабильно, то корпускулярное излучение очень изменчиво, его энергия меньше электромагнитного. Но от корпускулярного излучения сильно зависят процессы в биосфере. Энергия этих частиц возрастает с увеличением площади пятен на Солнце. Количество солнечных пятен меняется циклически, длина цикла 11 лет.

Хроники сообщают, что, когда на Солнце были видны огром-ные пятна, на Земле происходили колоссальные катастрофы: засухи, землетрясения, извержения вулканов и другие бедствия. Они сопровождались гигантскими эпидемиями и пандемиями, уносящими сотни тысяч жизней. Солнечные пятна являются фе-номеном, влияющим на биосферу Земли

Земля защищена от воздействия корпускулярной радиации своим электромагнитным полем. Если у планеты нет электро-магнитного поля, то существование атмосферы и жизни там не-возможно. Магнитное поле защищает биосферу Земли от пото-ков заряженных частиц, т.е. корпускулярной радиации. Если бы радиация достигла бы поверхности Земли, то она разложила бы все атомы и молекулы атмосферы на ионы и электроны, т.е. уничтожила бы ее. В экологическом плане для существования биосферы магнитное поле Земли довольно стабильно и неиз-менно.

Важнейшим физико-биологическим процессом на Земле, поддерживающим живое, является фотосинтез - превращение зелеными растениями и фотосинтезирующими организмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей орга-нических веществ. Световая энергия, поглощаемая зеленым пигментом (хлорофиллом) растений, поддерживает процесс их углеродного питания. В процессе фотосинтеза растения по-глощают углекислый газ и выделяют кислород, а также погло-щают тепло. Реакции, в которых поглощается световая энер-гия, называются эндотермическими (эндо - внутрь). Энергия Солнечного света аккумулируется в форме энергии химических Связей. Благодаря процессу фотосинтеза на Земле ежегодно обра-1устся 150 млрд т органического вещества, усваивается 300 млрд т углекислого газа (СО 2) и выделяется около 200 млрд т свобод-ного кислорода.

Слово «экология» образовано от греческого «оiкоs» - дом. Экология - наука о доме. Наш дом - Земля, и стенами его явля-ется, образно говоря, электромагнитное поле Земли, потолком атмосфера, крышей - озоновый слой.

1. 4. Земля

Существует представление о том, что Земля состоит из ядра, мантии и коры, которые характеризуются различными мощностями, физическими свойствами пород, энергетическим и тепловым режимами, петрохимическим составом вещества и т.д.

Геофизические данные по-казывают, что ядро Земли со-стоит из железа или из железа и никеля. Температура в центре составляет порядка 10 000 К, плотность 15 г/см 3 , давление 4-10 5 дин/см 2 . При таких усло-виях должны происходить ре-акции ядерного синтеза тяже-лых элементов из железа и ни-келя. В течение миллиардов лет метеоритное железо проходит путь от поверхности Земли к ядру, а тяжелые элементы и продукты их распада - от ядра к поверхности Земли, форми-руя твердую, жидкую и газовую оболочки планеты, влияя на характеристики мантии. В про-цессах образования оболочек активно участвуют живые су-щества, которые вместе с не-живой компонентой образуют биосферу Земли. По-видимому, часть вещества мантии также об-разовалась в результате распада тяжелых радиоактивных элемен-тов. Современные определения возраста Земли дают около 5 млрд лет, но это значение можно рассматривать только как минималь-ную оценку.

1. 5. Биосфера Земли

Биосфера, по определению В. И. Вернадского, - наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios -жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40...50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25...30 км, до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океа-ны) и верхнюю часть земной коры - литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещест-во (растения, животные и микроорганизмы); биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные жи-выми организмами на протяжении геологической истории - ка-менный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные поро-ды неорганического происхождения и вода); биокосное вещество (продукт синтеза живого и неживого, т. е. осадочные породы, почвы, илы).

Отличительная и определяющая особенность биосферы со-стоит в ее целостности и населенности жизнью. Живое вещество Земли представляет собой самую мощную силу в биосфере, мате-риально и энергетически определяющую ее функции. В результа-те непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества изменяются как насе-ляющие биосферу организмы, так и среда, в которой они живут. Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Эта мно-госторонняя и разнообразная связь определяет биосферу как гигантскую экологическую систему, в которой человек является, с одной стороны, биологической частицей всей системы, а с другой -активным ее преобразователем.

Неуправляемо возрастающая техническая и энергетическая вооруженность человека отрицательно влияет на сбалансирован-ность процессов в биосфере. Поэтому сегодня глобальной задачей человечества является определение и осуществление допустимых пределов воздействия на биосферу в целях предотвращения эко-логической катастрофы.

Представление о жизни как о сплошной «пленке» живого ве-щества, покрывающего Землю, сформировал в XVIII в. Ламарк, а в 1920-х годах советский биохимик В.И. Вернадский предложил научное обоснование биосферы. Он доказал, что все три оболоч-ки Земли связаны с живым веществом, которое непрерывно воз-действует на неживую природу.

Биосфера - гигантская экологическая система, в которой че-ловек выступает и как ее частица и как ее преобразователь. Ко-нечная цель человека - управление всеми процессами в биосфе-ре, преобразование ее в ноосферу - сферу разума.

Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ исполь-зования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электри-ческую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеи-вают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, извест-няк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воз-действием жизни.

Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рас-сматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Другая особенность живых организмов - это их способность к самовоспроизведению. Итак, к особенностям функционирования живых существ относятся:

* способность к самовоспроизведению;

* способность образования полимерных оболочек, ограж-дающих живое вещество от косной среды;

* способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормаль-ных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.

В заключение остановимся на эволюции биосферы - самой большой экосистемы Земли. На первом этапе (примерно 3 млрд лет тому назад) происходило образование органического вещест-ва в результате синтеза в абиотических процессах. Атмосфера Земли состояла из водорода, азота, окиси углерода, метана; со-держала вредный для жизни хлор и пр., не содержала кислорода. Ультрафиолетовое излучение (озона тогда не было) вызвало хи-мическую реакцию, в результате которой появились аминокисло-ты - сложные молекулы органических веществ. Сформировались анаэробные организмы, которые находились под водой.

За счет их деятельности через миллиард лет появился кисло-род, который частично превратился в озон и защитил Землю от ультрафиолетового излучения. Вероятно, жизнь, меняя только форму, сама создала для себя необходимые условия (в частности, наличие кислорода). Биосфе-ра представляет собой единый организм. В жизни природы, в Космосе не человек является главной целью мироздания. В мире нет человека и природы, нет человека и Космоса, человека и Все-ленной. Есть природа, Космос, Вселенная, а человек - только их маленькая частица, единственная возможность для человека вы-жить - это подчиняться законам Вселенной. Как писал знамени-тый английский философ XVII в. Фрэнсис Бэкон, «Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей». В этом предна-значение человека XXI в.

1. 6. Причины и характер загрязнения биосферы

Загрязнение биосферы - одна из древнейших проблем чело-веческой цивилизации.

Опасность для биосферы состоит в следующем:

* использование человеком преимущественно внутренних по отношению к биосфере источников энергии (органическое топ-ливо);

* использование нерациональных хозяйственных циклов, приводящих к появлению отходов;

* использование вредных для природы синтетических ве-ществ;

* уничтожение человеком структурного многообразия био-сферы, что разрушает экосистемы.

Появление новых болезней - реакция биосферы на вмеша-тельство человека.

По характеру возникновения загрязнения подразделяют на ес-тественные и антропогенные. Естественные загрязнения возни-кают в результате природных, как правило, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана, селевой по-ток и т.п.), вне всякого влияния человека на эти процессы, ан-тропогенные - в результате хозяйственной деятельности человека. Интенсивность антропогенных загрязнений непосредственно связана с ростом численности населения земного шара и в пер-вую очередь с развитием крупных промышленных центров.

Антропогенные загрязнения подразделяются на промыш-ленные, сельскохозяйственные и военные. Промышленные за-грязнения вызываются отдельно взятым предприятием или их совокупностью, а также транспортом. Сельскохозяйственные за-грязнения обусловлены применением пестицидов, дефолиантов и других агентов, внесением удобрений в количествах, не усваи-ваемых культурными растениями, сбросом отходов животновод-ства и другими действиями, связанными с сельскохозяйствен-ным производством. Военные загрязнения возникают в результате работы предприятий военной промышленности, транспортиров-ки военных материалов и оборудования, испытания образцов оружия, функционирования военных объектов и всего комплекса военных средств в случае ведения военных действий. Последст-вия войны с применением атомного оружия могут привести к апокалипсису - «ядерной зиме».

Загрязнение атмосферы - привнесение в воздух или образова-ние в нем химическими веществами или организмами физиче-ских агентов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям, а также образо-вание антропогенных физических полей.

Загрязнение гидросферы - поступление в воду загрязнителей в количествах и концентрациях, способных нарушить нормальные условия среды в значительных по размерам водных объектах.

Загрязнение почвы - привнесение и возникновение в почве но-вых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов, которые меняют ход почвообразователь-ного процесса (тормозят его), резко снижают урожайность, вызы-вают накопление загрязнителей в растениях (например, тяжелых металлов), из которых эти загрязнения прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека.

Загрязнение космического пространства - общее засорение околоземного и ближнего космического пространства космиче-скими объектами. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение из-за вывода на орбиты и разрушения ядерных реакторов, кроме того «космического мусора», который вносит помехи в нормаль-ное функционирование наземных радиотехнических и астроно-мических приборов. По характеру воздействия загрязнения подразделяют на пер-вичные и вторичные.

Первичное загрязнение - поступление в окружающую среду не-посредственно загрязнителей, образуемых в ходе естественных природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов.

Вторичное загрязнение - образование (синтез) опасных загряз-нителей в ходе физико-химических процессов, идущих непосред-ственно в окружающей среде. Так, из нетоксичных составляющих в некоторых условиях образуются ядовитые газы - фосген; фреоны, химически инертные у поверхности Земли, вступают в стра-тосфере в фотохимические реакции, вырабатывая ионы хлора, служащие катализатором при разрушении озонового слоя (экра-на) планеты. Отдельные реагенты такого взаимодействия могут быть неопасными.

По механизму воздействия загрязнения подразделяются на механические, физические (тепловые, световые, акустические, электромагнитные), химические, радиационные, биологические.

Механические загрязнения - засорение среды агентами, оказы-вающими главным образом неблагоприятное механическое воз-действие на естественные и искусственные объекты.

Физические загрязнения связаны с изменением физических па-раметров среды: температурно-энергетические (тепловые), волно-вые (световые, акустические, электромагнитные), радиационные (радиационные, радиоактивные).

Тепловые (термальные) загрязнения обусловлены повышением температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов (продукты сгора-ния, выбрасываемые в дымовую трубу) и вод. Могут возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды (например, парниковый эффект - постоянное потепление кли-мата на планете в результате накопления в атмосфере углекислого и других газов (метана, фтор- и хлоруглеродов), которые анало-гично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятст-вуют длинноволновому тепловому излучению уходить с поверх-ности Земли).

Световые загрязнения вызваны нарушением естественной ос-вещенности местности в результате действия искусственных ис-точников света и могут приводить к аномалиям в жизни растений и животных.

Акустические загрязнения связаны с превышением естествен-ного уровня шума и ненормальным изменением звуковых харак-теристик в населенных пунктах и других местах вследствие рабо-ты транспорта, промышленных установок, бытовых приборов, поведения людей или других причин.

Электромагнитные загрязнения возникают в результате изме-нения электромагнитных свойств среды (от линий электропере-дачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных ус-тановок и т.п.), приводят к изменениям в тонких клеточных и мо-лекулярных биологических структурах.

Радиоактивные загрязнения обусловлены превышением естест-венного уровня содержания радиоактивных веществ в среде. Их последствием является радиационное загрязнение, вызванное действием ионизирующих излучений.

Биологические загрязнения вызваны проникновением (естест-венным или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические установки видов организмов, чуж-дых данным сообществам и установкам и обычно там отсутст-вующих. Выделяют биотические и микробиологические загряз-нения.

Микробиологические (микробные) загрязнения возникают из-за появления в среде необычно большого количества микроорга-низмов, связанного с массовым их размножением в средах, изме-ненных в ходе хозяйственной деятельности человека.

Литература

1) Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник./под ред. Н.И.Иванова и И.М. Фадина. М.: «Логос», 2002.

2) Кедров Б.М. « Предмет и взаимосвязь естественных наук». М.:Наука,1967.436 с..

3) Мизун Ю Г. Экология известная и неизвестная. М.: Науч.-практ. центр 1994. 240 с

4) Экология: Учебник для вузов/Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, Б.П. Усанов и др.; Под ред. СИ. Цветковой. СПб.: Химиздат, 1999. 488 с

Подобные документы

Биосфера как область обитания живых организмов. Оболочка Земли: состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Абиотические компоненты биосферы. Связь биосферы с космосом и взаимодействие с человеком.

реферат , добавлен 13.05.2009


Учение В.И. Вернадского о биосфере - оболочке Земли, населенной живыми организмами. Границы и косное вещество биосферы. Характеристика основных оболочек Земли: атмосферы, гидросферы и литосферы. Анализ закономерностей в распределении живых организмов.

презентация , добавлен 20.11.2014


Подходы к решению вопроса о сущности жизни: механицизм и витализм. Единство химического состава и различие в соотношении элементов в живом и неживом. Обмен веществ как признак живого организма. Концепции происхождения жизни и развития биосферы Земли.

реферат , добавлен 14.01.2010


Понятие о гидросфере и литосфере. Атмосфера как воздушная оболочка планеты, её состав. Внутреннее строение Земли. Распределение воды в гидросфере. Роль озонового слоя в атмосфере. Грунтовые и подземные воды. Биосфера как область распространения жизни.

презентация , добавлен 18.10.2015


Докембрийский этап развития Земли. Условия, необходимые для возникновения и начала развития жизни на Земле. Возникновение жизни согласно гипотезе академика А.И. Опарина. Первые формы жизни на планете. Основные теории появления и развития эукариот.

реферат , добавлен 25.07.2010


Совокупность всех живых организмов Земли. Восстановительный, слабоокислительный и окислительный этапы в эволюции биосферы. Выход жизни на сушу, вымирание динозавров, появление гоминид. Появление человека, овладение огнем и появление цивилизации.

реферат , добавлен 01.02.2013


Определение биосферы как общепланетной оболочки. Масса биосферы. Географическая оболочка. Образование живых веществ и их распад. Кругооборот кислорода, углерода, азота, фосфора и воды. Замкнутый круг взаимозависимых и взаимоприспособленных организмов.

реферат , добавлен 09.03.2009


Поток доказательств в подтверждение идеи "живой Земли". суть гипотезы Геи – матери-Земли. Саморегуляция земли. "Болезни" Геи. Человечество как нервная система планеты. Ответственность человечества за загрязнение земли. Условия для поддержания жизни.

реферат , добавлен 19.02.2009


Основа организации биосферы. Основные функции биосферы. Биогеохимические функции живого вещества. Неравномерное распределение континентов и океанов. Учение Вернадского о биосфере. Молекулярная структура всего живого. Сложность биологических структур.

реферат , добавлен 08.05.2011


Учение В.Н. Вернадского о биосфере, как об активной оболочке земли. Связь геологических процессов в биосфере с деятельностью живого вещества. Зависимость существования биосферы от условий, созданных геологическими процессами. Проблемы биосферы сегодня.

Говоря о взаимодействии человека и природы, мы оперировали в масштабах лишь одной планеты - Земли. Однако разнообразное взаимодействие между космосом, с одной стороны, и живой природой и человеком - с другой, также имеет место.

Благодаря взаимосвязи всего существующего, космос оказывает активное влияние на различные процессы, обусловленные существованием жизни на Земле. В.И. Вернадский, говоря о факторах, влияющих на развитие биосферы, указывал среди прочих и на космическое влияние. Так, очевидно, что без космических светил (в частности, без Солнца) жизнь на Земле просто не могла бы существовать. Живые организмы трансформируют космическое излучение в земную энергию (тепловую, электрическую, химическую, механическую) в масштабах, определяющих границы существования биосферы.

Более радикально относительно роли космоса в появлении жизни на Земле высказывался шведский ученый, лауреат Нобелевской премии С. Аррениус (1859-1927). По его мнению, вполне вероятен занос жизни на Землю из космоса в виде спор или бактерий с помощью космической пыли под воздействием силы солнечного давления. Космическое происхождение жизни не исключал и В.И. Вернадский. В связи с этим интересно упомянуть об одной сенсационной находке ученых. В 1996 г. в Антарктиде был найден метеорит «Мурчессон». В составе метеоритного вещества ученые обнаружили бактерии (аналоги сине-зеленых водорослей), возраст которых составляет 4,6 млрд лет, в то время как возникновение жизни на Земле датируется сроком 3,5 млрд лет.

Влияние космоса на происходящие на Земле процессы (например, влияние Луны на морские приливы и отливы, воздействие солнечных затмений) люди подметили еще в древности. Однако многие века влияние космоса и его связь с Землей оценивались как несущественные, на уровне научных гипотез и догадок или вообще ставились вне рамок науки. Во многом это было обусловлено ограниченными возможностями человека, недостаточностью научной базы и инструментария. В XX в. знания о влиянии космоса на Землю существенно пополнились. В этом есть заслуга и российских ученых, в первую очередь представителей русского космизма , таких, как Н.Ф. Федоров, А.Л. Чижевский, К.Э. Циолковский, В.И. Вернадский и др.

Понять, оценить и выявить масштабы влияния космоса, в первую очередь Солнца, на жизнь и ее проявления во многом удалось русскому исследователю, выдающемуся ученому-энциклопедисту А.Л. Чижевскому (1897-1964). Еще будучи юношей, он одним из первых доказал огромную роль солнечных процессов в жизни Земли. Об этом красноречиво свидетельствуют и названия его работ: «Физические факторы исторического процесса», «Земное эхо солнечных бурь» и др.

В 1915 г. 18-летний А.Л. Чижевский, само- к т забвенно изучавший астрономию, химию и физику, обратил внимание на синхронность обра- Hs j I №. зования солнечных пятен и одновременную

А.Л. Чижевский активизацию боевых действий на фронтах Первой мировой войны. Накопленный и обобщенный статистический материал позволил сделать данное исследование строго научным и доказательным.

Ученые давно обратили внимание на проявления активности Солнца (возникающие пятна, факелы на поверхности, протуберанцы). Эта активность, в свою очередь, оказалась связанной с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства. А.Л. Чижевский, проведя многочисленные научные исследования по астрономии, биологии и истории, пришел к выводу о существенном влиянии Солнца (особенно его активности) на биологические и социальные процессы на Земле .

Смысл концепции А.Л. Чижевского состоял в том, что на богатом фактическом материале доказывалось существование природных и космических ритмов, зависимость биологической и общественной жизни на Земле от пульса космоса. К.Э. Циолковский так оценил труд своего молодого коллеги: «Молодой ученый пытается обнаружить функциональную зависимость между поведением человечества и колебаниями в деятельности Солнца и путем вычислений определить ритм, циклы и периоды этих изменений и колебаний, создавая, таким образом, новую сферу человеческого знания. Все эти широкие обобщения и смелые мысли высказываются Чижевским впервые, что придает им большую ценность и возбуждает интерес. Этот труд является примером слияния различных наук воедино на монистической почве физико-математического анализа» 1 .

Лишь через много лет высказанные А.Л. Чижевским мысли и сделанные выводы о влиянии Солнца на земные процессы были подтверждены на практике.

Многочисленные наблюдения показали неоспоримую зависимость массовых всплесков нервно-психических и сердечно-сосудистых заболеваний у людей от периодических циклов активности Солнца. Прогнозы так называемых «неблагоприятных дней» для здоровья - обычное дело в наши дни. Однако мало кто знает, что впервые открыл существование этих циклов и доказал их влияние на людей наш соотечественник А.Л. Чижевский.

Интересна мысль Чижевского о том, что магнитные возмущения на Солнце в силу единства человека и космоса могут серьезно сказываться на проблеме здоровья руководителей государств. Ведь во главе правительств многих стран стоят немолодые люди. Существующие на Земле и в космосе ритмы, конечно же, влияют и на их здоровье и самочувствие. Особенно это опасно в условиях тоталитарных, диктаторских режимов. А если во главе государства стоят аморальные или психически ущербные личности, то их патологические реакции на космические возмущения могут привести к непредсказуемым и трагическим последствиям как для народов своих стран, так и для всего человечества, тем более в условиях, когда многие страны обладают мощным оружием массового уничтожения.

Особое место занимает утверждение Чижевского о том, что Солнце влияет не только на биологические, но и на социальные процессы на Земле. Социальные конфликты, постоянно происходящие на Земле (войны, бунты, революции), по убеждению А.Л. Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью нашего светила. По его расчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе (примерно 5%). Во время же пика активности Солнца их число достигает 60%.

Многие идеи А.Л. Чижевского нашли применение в области космических и биологических наук. Они подтверждают неразрывное единство человека и космоса, указывают на их тесное взаимное влияние.

Оригинальными были космические идеи первого представителя русского космизма Н.Ф. Федорова (1829-1903). Он возлагал очень большие надежды на будущее развитие науки. Именно наука, по мнению мыслителя, поможет человеку сначала существенно продлить его жизнь, а в перспективе - сделать бессмертным. Расселение людей на другие планеты из-за будущего перенаселения станет необходимой реальностью. Космос для Федорова - бескрайнее поле для человеческой деятельности. Н.Ф. Федоров в середине XIX в. предлагал свой вариант перемещения людей в космическом пространстве. По мнению мыслителя, для этого нужно будет овладеть электромагнитной энергией земного шара. Это позволит регулировать его движение в мировом пространстве и превратит Землю в космический корабль («земноход») для полетов в космос. В перспективе, по замыслам Федорова, человек объединит все миры и станет «планетоводом». В этом особенно тесно проявится единство человека и космоса.

Идеи Н.Ф. Федорова о расселении людей на другие планеты активно развивал гениальный ученый, основоположник теории ракетостроения К.Э. Циолковский (1857-1935). Ему принадлежит также ряд оригинальных философских идей. Жизнь, по Циолковскому, вечна. «После каждой смерти получается одно и то же - рассеяние... Мы всегда жили и всегда будем жить, но каждый раз в новой форме и, разумеется, без памяти о прошлом... Кусочек материи подвержен бесчисленному ряду жизней, хотя и разделенных громадными промежутками времени...» 1 . Здесь мыслитель весьма близок к индус - К.Э. Циолковский ским учениям о переселении душ и к идеям Демокрита.

На основании этой диалектической в своей основе идеи о всеобщности жизни, везде и всегда существующей посредством перемещающихся и вечно живых атомов, Циолковский пытается построить целостный каркас своей «космической философии».

Ученый был убежден, что жизнь и разум на Земле не являются единственными во Вселенной. В качестве доказательства этого утверждения он считает достаточным того обстоятельства, что Вселенная безгранична. Иначе «какой бы смысл имела Вселенная, если бы не была заполнена органическим, разумным, чувствующим миром?» На основании относительной, по сравнению с другими планетами, молодости Земли им делается вывод о том, что на других, «старших планетах жизнь гораздо более совершенна» . Более того, она активно влияет на другие уровни жизни, включая земную.

В своей философской этике К.Э. Циолковский сугубо рационалистичен и последователен. Возводя в абсолют идею постоянного совершенствования материи, он видит этот процесс следующим образом. Не имеющее границ космическое пространство, по мнению мыслителя, населено разумными существами различного уровня развития. Есть планеты, которые по развитию разума и могуществу достигли высшей степени и опередили все другие планеты. «Совершенные» существа, пройдя все муки эволюции, зная свое печальное прошлое и былое несовершенство, обладают моральным правом регулировать жизнь на других, более примитивных планетах, в том числе избавлять их население от мук развития.

Технологию этой «гуманитарной» помощи Циолковский представляет следующим образом. «Совершенный мир» берет все заботы на себя. На других, более низких по уровню развития планетах им поддерживается и поощряется «только хорошее». «Всякое уклонение ко злу или страданиям тщательно исправляется. Каким путем? Да путем подбора: плохое, или уклонившееся к дурному, оставляется без потомства... Могущество совершенных проникает на все планеты, на все возможные места жизни и всюду. Эти места заселяются их собственным зрелым родом. Не подобно ли это тому, как огородник уничтожает на своей земле все негодные растения и оставляет только самые лучшие овощи!.. Если и вмешательство не помогает, и ничего, кроме страданий, не предвидится, то и весь живой мир безболезненно уничтожается...» .

К счастью, люди с планеты Земля, попадают, по Циолковскому, в разряд «подающих надежду» приблизиться в перспективе в своем развитии к совершенным существам Вселенной. Поэтому им не грозит селекционная работа космического разума в виде уничтожения (избавления от мук).

К.Э. Циолковский наиболее глубоко из современников изучал и освещал философские проблемы освоения космоса. Он полагал, что Земле во Вселенной принадлежит особая роль. Она относится к более поздним планетам, «подающим надежду». Лишь небольшому числу таких планет будет дано право на самостоятельное развитие и мучения.

В ходе эволюции со временем будет образован союз всех разумных высших существ космоса: сначала - в виде союза населяющих ближайшие солнца, затем союза союзов и так далее, до бесконечности, поскольку бесконечна сама Вселенная.

Нравственная, космическая задача Земли - внести свой вклад в совершенствование Космоса. Оправдать свое высокое предназначение в деле совершенствования мира люди смогут, лишь покинув Землю и выйдя в космос. Поэтому Циолковский видит свою личную задачу в помощи людям по организации переселения на другие планеты и расселения их по всей Вселенной. Он подчеркивал, что суть его космической философии заключается «в переселении с

Земли и в заселении Космоса». Именно поэтому изобретение ракеты для Циолковского было отнюдь не самоцелью (как полагают некоторые, видя в нем только ученого-ракетостроителя), а лишь способом проникновения в глубины космоса.

Ученый полагал, что многие миллионы лет постепенно усовершенствуют природу человека и его общественную организацию. В ходе эволюции человеческий организм претерпит существенные изменения, которые превратят человека, по существу, в разумное «животное-растение», способное искусственно перерабатывать солнечную энергию. Тем самым будет достигнут полный простор его воли и независимости от среды обитания. В конце концов, человечество сможет эксплуатировать для своей нужды и пользы все околосолнечное пространство и солнечную энергию. А со временем земное население расселится по всему околосолнечному пространству.

Идеи К.Э. Циолковского о единстве разнообразных миров Космоса, его постоянном совершенствовании, включая и самого человека, идея выхода человечества в Космос - все они носят важный мировоззренческий и гуманистический смысл.

Вслед за футуристическими размышлениями К.Э. Циолковского сегодня возникают уже практические проблемы влияния жизни и человека на космос. Так, в связи с регулярными космическими полетами есть вероятность непреднамеренного заноса в космос, в частности на другие планеты, живых организмов. Известно, что ряд земных бактерий способны подолгу выдерживать экстремальные температурные, радиационные и иные условия существования. Температурная амплитуда существования у некоторых видов одноклеточных достигает 600°С. Как они себя могут повести в иной, неземной, среде и какими окажутся последствия для космоса, предсказать невозможно.

Человек все более активно начинает использовать космос как средство для решения конкретных технологических задач, будь то выращивание редких кристаллов, проведение сварки и т.д. Космические спутники получили признание как средство сбора и передачи разнообразной информации.

• Чижевский А.Л. Физические факторы исторического процесса. - Калуга, 1924(репринт, изд. 1994).
• Циолковский К.Э. Грезы о Земле и небе. - Тула: Приокское книжное изд-во,1986. - С. 380, 381.
• Там же. С. 378, 379.
• Циолковский К.Э. Указ. соч. С. 378, 379.

Воздействие космических сил на земную жизнь происходит в основном посредством солнечного электромагнитного изучения. Вторжение космических тел в биосферу, например, метеоритов носит случайный характер. Гравитационные влияния могут оказывать лишь Солнце и Луна.

Различают прямое (первичное) и непрямое (вторичное) действие космических сил. Прямое действие – световое, ультрафиолетовое и радиоволновое излучения космоса, достигающие земной поверхности. Непрямое действие оказывают: излучение космоса, поглощаемое верхней частью атмосферы с образованием озона; нагревание и перемещение масс воздуха; изменение геомагнитных характеристик Земли (магнитные бури и др.).

Из всех космических воздействий наиболее важными являются источники энергии жизненных процессов и формирования биоритмов.

Проникновение земной биосферы в космос возможно двумя путями:

– посредством выноса микроорганизмов из верхних слоев атмосферы в околоземное космическое пространство с последующим занесением их солнечным ветром на другие планеты;

– выход в космос человека.

Предыдущие материалы:

Следующие материалы: