Рассматривая вопрос о происхождении жизни на Земле, мы кратко упомянули о биосфере, живом веществе и его биогеохимических функциях, открытых В.И. Вернадским. Настоящая тема предполагает более обстоятельное изучение этих вопросов.

На протяжении многих сотен человеческих поколений взаимодействие человека с окружающей средой заметных изменений в биосфере не вызывало, но все это время шло накопление знаний и сил. Постепенно, используя свое интеллектуальное превосходство над остальными представителями животного мира, человек охватил своей деятельностью всю верхнюю оболочку планеты - всю биосферу. Эта деятельность привела к приручению животных, к выведению культурных растений. Человек стал менять окружающий его мир и создавать для себя новую, не существовавшую никогда на планете живую природу.

Под влиянием человеческого труда с момента появления человечества начался и в нарастающем темпе продолжает происходить процесс видоизменения биосферы и ее переход в новое качественное состояние. Естествознанию известны более ранние переходы биосферы в качественно новые состояния, сопровождавшиеся почти полной ее перестройкой. Но данный переход представляет собой нечто особенное, ни с чем не сравнимое явление.

В системе современного научного мировоззрения понятие биосферы занимает ключевое место во многих науках. Разработка учения о биосфере неразрывно связана с именем В.И. Вернадского, хотя и имеет довольно длинную предысторию, начавшуюся с книги Ж.-Б. Ламарка «Гидрогеология» (1802), в которой содержится одно из первых обоснований идеи о влиянии живых организмов на геологические процессы. Затем был грандиозный многотомный труд А. Гумбольдта «Космос» (первая книга вышла в 1845 году), в котором было собрано множество фактов, подтверждающих тезис о взаимодействии живых организмов с теми земными оболочками, в которые они проникают. Сам термин «биосфера» был впервые введен в науку немецким геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом, подразумевавшим под ней самостоятельную, пересекающуюся с другими сферу, в которой на Земле существует жизнь. Он дал определение биосферы как совокупности организмов, ограниченной в пространстве и времени и обитающей на поверхности Земли.

Но о геологической роли биосферы, о ее зависимости от планетарных факторов Земли пока не было сказано ничего. Впервые идею о геологических функциях живого вещества, представление о совокупности всего органического мира в виде единого нераздельного целого высказал В.И. Вернадский. Его концепция складывалась постепенно, от первой студенческой работы «Об изменении почвы степей грызунами» (1884) к «Живому веществу» (рукопись рубежа 20-х годов), «Биосфере» (1926), «Биогеохимическим очеркам» (1940), а также «Химическому строению биосферы Земли» и «Философским мыслям натуралиста», над которыми он работал в последние десятилетия своей жизни - теоретический итог творчества ученого и мыслителя.

Введя понятие живого вещества как совокупности всех живых организмов планеты, в том числе и человека, Вернадский тем самым вышел на качественно новый уровень анализа жизни и живого - биосферный. Это дало возможность понимать жизнь как могучую геологическую силу на шей планеты, действенно формирующую сам облик Земли. В функциональном плане живое вещество становилось тем звеном, которое соединяло историю химических элементов с эволюцией биосферы. Введение этого понятия также позволяло поставить и решить вопрос о механизмах геологической активности живого вещества, источниках энергии для этого.

Геологическая роль живого вещества основана на его геохимических функциях, которые современная наука классифицирует по пяти категориям: энергетическая, концентрационная, деструктивная, средообразующая, транспортная. Они основаны на том, что живые организмы своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, непрерывной сменой поколений порождают грандиознейшее планетное явление -миграцию химических элементов в биосфере. Это предопределило решающую роль живого вещества и биосферы в становлении современного облика Земли - ее атмосферы, гидросферы, литосферы.

Такие грандиозные преобразования геосферы требуют гигантских затрат энергии. Источником ее является биогеохимическая энергия живого вещества биосферы, открытая Вернадским.

Биосфера - это живое вещество планеты и преобразованное им косное вещество (образованное без участия жизни). Таким образом, это не биологическое, геологическое или географическое понятие. Это фундаментальное понятие биогеохимии, один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства, сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что в атмосфере микробная жизнь имеет место примерно до высоты 20 - 22 км над земной поверхностью, а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8 - 11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, и микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2 - 3 км. Но эта тончайшая пленка покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете (включая пустыни и ледяные пространства Арктики и Антарктики), где бы не было жизни. Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Самое большое его количество расположено в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. По мере углубления в земную кору, океан, выше в атмосферу - количество живого вещества уменьшается, но нет резкой границы между биосферой и окружающими ее земными оболочками. И прежде всего нет такой границы в атмосфере, которая делала бы биосферу закрытой для всех космических излучений, а также энергии Солнца. Таким образом, биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Перерабатывая эту энергию, живое вещество преобразует нашу планету. Само образование биосферы, в том числе и происхождение жизни на Земле, является результатом действия этих космических сил, важнейшего фактора функционирования биосферы.

Космические излучения и прежде всего энергия Солнца оказывают постоянное действие на все явления на Земле. Основатель гелиобиологии А.Л. Чижевский особенно много занимался изучением солнечно-земных связей. Он отмечал, что самые разнообразные и разнохарактерные явления на Земле -и химические превращения земной коры, и динамика самой планеты и составляющих ее частей, атмо-, гидро- и литосферы,- протекают под непосредственным воздействием Солнца. Солнце является основным (наряду с космическим излучением и энергией радиоактивного распада в недрах Земли) источником энергии, причиной всего на Земле - от легкого ветерка и произрастания растений до смерчей и ураганов и умственной деятельности человека.

Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII веке. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на связь между урожаями пшеницы и числом солнечных пятен. В конце XIX века профессор Одесского университета Ф.Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, как бы повторяя цикличность солнечной активности.

Обобщив опыт предшественников, А.Л. Чижевский подвел под эти эмпирические данные твердую научную базу. Он считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле; когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны, на нашей планете разражаются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы - возбудители различных болезней.

Особый интерес представляет утверждение Чижевского, что Солнце существенно влияет не только на биологические, но и на социальные процессы на Земле. Социальные конфликты (войны, бунты, революции), по убеждению Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью нашего светила. По его подсчетам, 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%. Эти выводы Чижевского лишь подтверждают неразрывное единство человека и космоса, указывают на их тесное взаимовлияние.

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.

Словосочетание «Биосфера и космические циклы» содержит в себе достаточно большое количество взаимосвязей и взаимодействий между этими понятиями. Только в первом приближении определить некоторые связи между понятиями «биосфера» и «космический цикл» можно так: биосфера появилась в определенный космический цикл, она появилась благодаря нему, меняется при смене космических циклов, они влияют на биосферу и ее структуру, разные космические циклы по-разному влияют на биосферу и так далее. Нужно также учитывать, что достоверно установлены временные промежутки «коротких», то есть соизмеримых с человеческой жизнью и памятью, космических циклов. Более длительные из них являются предметом научных гипотез, теорией и исследований, которые, пока, не имеют достоверных подтверждений, определенно установленных временных рамок, описания и, соответственно, доказанных причин и последствий их влияния на биосферу.

Космос или космическое пространство – это участки Вселенной, заполненные частицами в основном водорода, но с очень маленькой плотностью, электромагнитным излучением и иным веществом.

Циклом, в переводе с греческого, окружностью, считается совокупность процессов, явлений и тому подобного, повторяющаяся через определенный, известный промежуток времени.

Биосфера — это оболочка Земли, где существует жизнь, то есть совокупность всех живых организмов в их взаимодействии и обмене энергией, а также продукты их жизнедеятельности.

Циклы и их влияние

Космическими циклами являются временные установленные промежутки: час, сутки, год, фазы луны, сезоны.

Они, связаны с влияние космических объектов – Луны и Солнца на живые организмы. Видами влияния, этих «близких» с точки зрения космических расстояний объектов, являются: радиоактивное солнечное излучение, электромагнитное поле и гравитация. Наверняка более отдаленные космические тела и объекты также воздействуют на земную жизнь. Однако моменты такого влияния настолько удалены во времени, что достоверно не определены.

К космическим ритмам, действующим в антропной, человеческой, шкале времени, основную роль играют освещённость, температура, некоторые другие физические параметры атмосферы и гидросферы. Гравитационные процессы, возникающие под воздействием Луны, влияют на океанические приливы. Магнитное поле Земли также регулярно меняет свою ориентацию относительно радиального потока плазмы солнечной короны. Этот цикл составляет 27 дней.

Принято выделять еще климатические. Они связаны с движением Земли по орбите. Их три.

• Первый в 26 тысяч лет. Связан с вращением оси планеты.
• Второй – 41 тысяча лет. Обусловлен с периодами изменения угла наклона оси, вращения планеты к большому кругу небесной сферы.
• И третий в 100 тысяч лет. Равен периоду изменения значения эксцентриситета земной орбиты.

Теории

Например, по утверждению некоторых ученых возникновение и затухание жизни на нашей планете связано с движением Солнечной системы в диске Галактики Млечного пути. Периодичность которого составляет 64 млн. лет. Обнаруженные на дне океана ископаемые останки указали, что биологическое разнообразие на Земле меняется в соответствии с промежутком в 62 млн. лет. А массовые вымирания живых организмов происходили с 250 и 450 млн. лет назад. Такую цикличность объясняют движением всей Галактик вокруг какого-то центра и прохождения зон с неблагоприятными для жизни условиями. В своем движении галактики сближаются между собой и другими скоплениями звезд, что изменяет гравитационные функции. Это также влияет на планеты, входящие в их состав, и биосферу Земли в том числе. Нарушение гравитационных показателей влечет за собой изменение радиационного фона и климата. Доказательством этого существуют. Климат на Земле менялся не раз, что приводило к массовой гибели живых организмов. Изменение гравитационного поля может привести к появлению ударной волны огромной мощности и движущейся со скоростью до 1000 км/сек.

В научных кругах космос и биосфера объединены теорией происхождения жизни. Причем теории различаются в способе появления первых живых объектов. Одни утверждают космическое их происхождении, другие о благоприятно сложившихся на планете обстоятельствах и условиях.

Так, считают, связана биосфера и космические циклы.

Влияние Солнца

Космос и биосфера – это в первую очередь Солнце и Земля.

В спектре электромагнитного излучения Солнца, для жизни представляет наибольшую опасность – ультрафиолетовое. Под его воздействием начинаются химические реакции, в результате которых происходит изменения в молекулах нуклеиновых кислот и белков, приводящие к мутациям и гибели клеток. Преграждает губительное излучение озоновый слой атмосферы.

Кроме электромагнитного, Солнце излучает корпускулярное излучение. Оно не имеет такой стабильности, как ультрафиолетовое и энергия, содержащаяся в нем, очень изменчива. Сила его зависит от «солнечных пятен» и имеет цикличность порядка 11 лет. Когда на Солнце образовываются наибольшие пятна, на Земле происходят экологические катастрофы и бедствия: извержения вулканов, наводнения, засухи и землетрясения. От этого вида излучения Землю защищает электромагнитное поле, а, в противном случае под ее воздействие все разложилось до ионов и электронов. Электромагнитное поле нашей планеты стабильно и постоянно.

Энергия Солнца, достигающая земной поверхности, благоприятно воздействует на все живое. Благодаря ей зеленые растения, превращают углекислый газ в кислород, необходимый для дыхания живых существ. Это процесс называется фотосинтез. Ежегодно на Земле синтезируется таким способом до 200 млрд. тонн кислорода и поглощается около 300 млрд. тонн углекислого газа.

Влияние Земли

Космос и биосфера взаимодействуют еще одним способом. Ведь сама Земля является космическим объектом. А процессы, происходящие в той ее части, в которую не входит биосфера, но влияют на нее тоже можно отнести к космическим. Наша планета состоит из ядра, мантии и коры. Ядро состоит из железа и никеля. Температура внутри него достигает 10000 К, плотность 15 г/см 3 и давление 4-105 дин/см 2 . Такие условия соответствуют реакции ядерного синтеза тяжелых элементов. Происходит замещение метеоритного железа с поверхности Земли на элементы распада в ядре. В течение миллиардов лет, такое движение формирует оболочку планеты. Этот цикл по некоторым оценкам длится уже почти 5 млрд. лет.

Как видно, на биосферу влияние космоса является определяющим.

Видео — ВЛИЯНИЕ ЛУНЫ НА ЗЕМЛЮ И ЧЕЛОВЕЧЕСТВО

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

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты, в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли в целом определяет климат на планете, а климат, в свою очередь - жизненные циклы существующих на ней организмов. Основным источником всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете является Солнце. Среди космических факторов особенно серьезное влияние на биосферу оказывают природно-радиационный фон и магнитные поля.

Природно-радиационный фон слагается из трех компонентов:

• ? природные радионуклиды (уран, торий);
• ? продукты их радиоактивного распада, которые находятся во всех элементах земной коры, в почве, в воде, атмосфере и поглощаются всеми живыми организмами;
• ? высокоэнергетические излучения, попадающие на Землю из космического пространства в виде потока фонового излучения.

Вопреки страхам людей перед радиоактивностью оказывается, что без природно-радиационного фона нормальное существование живых организмов невозможно. Это следы эпохи возникновения и первоначального существования жизни, когда более высокий уровень радиоактивности служил дополнительным источником энергии первым организмам.

Биосфера также погружена в океан электромагнитных полей космического, земного и биогенного происхождения. Практически все процессы жизнедеятельности связаны с электромагнитными полями, диапазон которых лежит в широком интервале длин волн. Многие фундаментальные биологические процессы невозможны без переноса электрических зарядов, вызывающих магнитное поле, поэтому любой организм представляет собой генератор электромагнитных сигналов.

Электромагнитный фон биосферы является эволюционным фактором, который влияет на биологические ритмы. Космические излучения, генерируемые ядром Галактики, нейтронными звездами, ближайшими звездными системами, Солнцем и планетами, пронизывают биосферу и все пространство в ней. В этом потоке разнообразных излучений основное место принадлежит солнечному излучению, которое оказывает постоянное действие на все земные явления.

Связь между циклами солнечной активности и процессами в биосфере была замечена еще в XVIII в. Тогда английский астроном В. Гершель обратил внимание на зависимость урожаев пшеницы от числа солнечных пятен. В конце XIX века профессор Одесского университета Ф.Н. Шведов, изучая срез ствола столетней акации, обнаружил, что толщина годичных колец изменяется каждые 11 лет, повторяя цикличность солнечной активности. Но лишь в XX в. удалось понять, что солнечная активность связана с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства. Установил этот факт А.Л. Чижевский, который обобщил опыт предшественников и подвел под эти эмпирические данные твердую научную базу. Он считал, что Солнце диктует ритм большинства биологических процессов на Земле. Когда на нем образуется много пятен, появляются хромосферные вспышки и усиливается яркость короны (это характерно для периодов активного Солнца), на нашей планете разражаются эпидемии, усиливается рост деревьев, особенно сильно размножаются вредители сельского хозяйства и микроорганизмы - возбудители различных болезней. Подобное заключение было сделано после наложения друг на друга графиков солнечной активности и активности биосферы.