18807

Развитие биосферы Земли

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Развитие биосферы Земли. На ранней Земле предполагают активный вулканизм: за счет лав выплавляющихся из верхней мантии постепенно сформировалась земная кора а дегазация лав привела к возникновению первичной атмосферы и жидкой воды на поверхности планеты. В первый м...

Русский

2013-07-08

49.5 KB

2 чел.

Развитие биосферы Земли.

На ранней Земле предполагают активный вулканизм: за счет лав, выплавляющихся из верхней мантии, постепенно сформировалась земная кора, а дегазация лав привела к возникновению первичной атмосферы и жидкой воды на поверхности планеты. В первый миллиард лет существования Земли океан был примерно в 5 раз меньше современного по глубине и объему. Ландшафт, подобно современному лунному, представлял вулканические конусы на плоских пространствах.

Состав древней атмосферы считают близким к составу газов, выделяющихся из современных вулканов. Они содержат водяной пар (до 70—80%), углекислый газ (6—19%), хлор (до 7%), метан, аммиак, соединения серы и многие другие компоненты.

В настоящее время имеется уже достаточно много неоспоримых доказательств того, что ранняя атмосфера Земли была бескислородной, аналогично другим планетам Солнечной системы. Ультрафиолетовое излучение Солнца свободно достигало поверхности воды и суши из-за отсутствия озонового экрана. Вулканические газы, растворяясь в воде, переходили в первичный океан, имевший в результате сильно кислую реакцию.

Историю Земли делят на три большие отрезка:

  1.  архей — первые примерно два миллиарда лет ее существования,
  2.   протерозой — следующие 2 млрд лет
  3.   фанерозой, который начался около 570 млн лет назад.

Дофанерозойское время называют криптозоем, т. е. эрой скрытой жизни, традиционная палеонтологическая летопись начинается лишь с фанерозоя — «эры явной жизни».

Эволюция от органических соединений до живых клеток протекала в очень сжатые сроки, в самом начале истории Земли. Очень рано появились фотосинтезирующие организмы. Породы древностью 3,8 млрд лет уже свидетельствуют о наличии на Земле цианобактерий (сине-зеленых водорослей), и следовательно, существовании фотосинтеза и биогенном выделении молекулярного кислорода. Цианобактерии научились использовать вместо сероводорода обычную воду, что обеспечило им широкое распространение и огромную биомассу. Побочным результатом их деятельности стало насыщение атмосферы кислородом. Без цианобактерий не было бы и растений, ведь растительная клетка — результат симбиоза нефотосинтезирующего одноклеточного организма с цианобактериями. Все растения осуществляют фотосинтез при помощи особых органелл — пластид, которые суть не что иное, как симбиотические цианобактерии. И не ясно еще, кто главный в этом симбиозе. Некоторые биологи говорят, пользуясь метафорическим языком, что растения — всего лишь удобные «домики» для проживания цианобактерий.

Можно предполагать, что уже в середине архея жизнь на Земле была представлена разнообразными типами прокариот, начинающими влиять на ее геологическую историю. В восстановительной среде кислород, выделяемый цианобактериями, сначала расходовался на окисление разнообразных соединений и не накапливался в свободном виде в атмосфере. При этом аммиак NH3 окислялся до молекулярного азота N2, метан и окись углерода — до С02, сера и сероводород — до S02 и S03. Состав атмосферы постепенно изменялся.

Развитие жизни шло на фоне геологического развития планеты. В архее за счет химического и физического выветривания и эрозии суши началось формирование первых осадочных пород в океане, происходила их гранитизация и сформировались ядра будущих континентальных платформ. По некоторым предположениям, в начале протерозоя они составляли единый континент, названный Мегагеей, и были окружены единым океаном.

Тектоническая активность Земли, как показывает возраст изверженных пород, непостоянна во времени. Короткие эпохи повышенной активности чередуются с более длительными периодами покоя. В результате шло возрастание неоднородности земной коры. Повышенный вулканизм, горообразовательные процессы или, наоборот, оседание платформ меняли площади мелководий и условия развития жизни.

Считают, что ранняя жизнь имела сначала локальное распространение и могла существовать лишь на небольших глубинах в океане, примерно от 10 до 50 м. Постепенно увеличивающиеся масштабы фотосинтетической активности цианобактерий привели к появлению и накоплению свободного кислорода в окружающей среде. Переход восстановительной атмосферы в окислительную наметился в начале протерозоя, о чем свидетельствуют изменения химического состава земных пород. Железо стало осаждаться в полностью окисленной, трехвалентной форме.

Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на нее - природным или антропогенным - гомеостаз биосферы обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия.

Международная программа исследования биоразнообразия включает 3 основных уровня: генетический, таксономический и экологический (сообщества и экосистемы). Явление разнообразия живых организмов определяется фундаментальным свойством биологических макромолекул, особенно нуклеиновых кислот, что приводит к изменениям структуры, что приводит к изменениям геномов, к наследственной изменчивости. На этой биохимической основе биологическое разнообразие создается в результате трех независимо действующих процессов: спонтанно возникающих генетических вариаций (мутаций), действия естественного отбора в смешанных популяциях, географической и репродуктивной изоляции. Это ведет к дальнейшей таксономической , географической и репродуктивной изоляции, что ведет к дальнейшей таксономической и экологической дифференциации на всех последующих уровнях биологических систем: видовом, ценотическом и экосистемном.

В процессе разработки концепции биологического разнообразия сложилось представление о базовых единицах биологического разнообразия: разнообразие видов (богатство) – альфа-разнообразие; разнообразие сообществ по градиентам факторов среды – бета-разнообразие; разнообразие видов и сообществ в пределах природно-территориальных комплексов – гамма-разнообразие.

Исследуя проблемы биологической регуляции окружающей среды, В. В. Горшков, В. Г. Горшков, В. И. Данилов-Данильян и пр. (1999) пришли к выводу, что в настоящее время в экологической науке известные две основные концепции взаимодействия биоты и окружающей ее среды:

1. Согласно первой концепции - традиционной - окружающая среда пригодная для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а натуральная биота приспосабливается к любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жизни - способности к эволюции и беспрерывной адаптации.    Согласно этой концепции - смена окружающей среды под воздействием человека - это определенный этап натурального эволюционного процесса - преобразования биосферы в новую глобальную биосистему, а природное биоразнообразие - генетический ресурс человека, который стоит сохранять только в заповедниках, зоопарках и генных банках. При этом безостановочный экономичный рост возможный только за счет беспрерывного расширения использования ресурсов биосферы.

2. Во второй концепции биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных  для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда  быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние, в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна. содержания окружающей среды выполняют виды с оптимальной, а не с максимальной численностью. Механизм отбора в этом случае — конкурентное взаимодействие однородных сообществ.

Существование биотической регуляции окружающей среды доказывается рядом факторов, важнейшими из которых являются следующие:

1. Выбросы неорганического углерода из земных недр в атмосферу с огромной точностью соответствуют содержанию органического углерода в осадочных породах, что обеспечивает практически постоянное содержание неорганического углерода в атмосфере в течение сотен миллионов лет.

2. Концентрации биогенных элементов (С, N, Р, 02) в океане сформированы и поддерживаются биотой, о чем свидетельствует отношение C/N/P/0,, совпадающее с таковым при синтезе органического вещества.

3. Круговорот воды на суше также определяется биотой, так как 2/3 осадков связано с испарением воды на суше, в котором доминирующая роль принадлежит биоте.

4. Незатронутая деятельностью человека биота океана поглощает избыток диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу человеком, т. е. действует в соответствии с отрицательными обратными связями, в то время как измененная человеком биота суши утратила эту способность.

5. Биотой океана поддерживается концентрация диоксида углерода в океане в три раза меньше, чем если бы ее воздействие отсутствовало, так как потеря неорганического углерода океаном в атмосферу компенсируется поступлением в океан органического углерода.

Таким образом,  можно условно выделить следующие последовательные этапы эволюции биосферы: синтез простых органических соединений, биогенез, антропогенез, техногенез и ноогенез.

1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа – 3,5–4,5 млрд. лет.

2) Биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа – 2,5–3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы).

3) Антропогенез – появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа – 1,5–3 млн. лет назад (появление человека).

4) Техногенез – преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно–технических комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало этапа – 10–15 тыс. лет назад (появление городских поселений).

5) Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально–природной системы (ноосферы).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22133. Феноменологическая теория разрушения металлов при холодной пластической деформации 98 KB
  Феноменологическая теория базируется на сложившихся в настоящее время физических представлениях о закономерностях разрушения металла при пластической деформации. Различными экспериментальными методами было показано что величина пластического разрыхления возрастает пропорционально степени деформации сдвига. Авторами данной теории была выдвинута следующая гипотеза: 1 где степень разрыхления частицы накопленная частицей деформация сдвига ab коэффициенты...
22134. Выдавливание. Расчет силы деформирования и построение графика технологических нагрузок 617.5 KB
  Основы теории штамповки выдавливанием на прессах М. Прямое выдавливание технологическая операция в процессе которой происходит истечение металла 2 заключенного в замкнутой полости контейнер 3 в направлении движения рабочего инструмента 1 через отверстие поперечное сечение которого определяет поперечное сечение выдавливаемой части деформируемой заготовки. Обратное выдавливание технологическая операция в процессе которой происходит истечение металла из замкнутой полости в направлении обратном встречном движению рабочего...
22135. Вытяжка без утонения 314 KB
  Схема операции вытяжка из осесимметричной полой заготовки. При этом величина зазора между матрицей и пуансоном составляет не менее толщины исходной листовой заготовки Рис. Пример заготовки и детали.
22136. Вытяжка с утонением стенки 165 KB
  Механическая схема деформации и распределение деформации по очагу пластической деформации. Степень деформации при вытяжке оценивают коэффициентом вытяжки: или см. Частицы расположенные у нижней границы очага пластической деформации получают максимальную деформацию: . Частицы расположенные у верхней границы очага пластической деформации получают минимальную деформацию.
22137. Волочение 197 KB
  а б Рис. Рис. Допущения: напряжённое состояние плоское; продольные скорости металла одинаковы в пределах поперечного сечения ОПД очаг пластической деформации; и считаем главными напряжениями Сечениями z и zdz выделим элемент ОПД Рис. Рис.
22138. Метод верхней оценки 162.5 KB
  Сущность метода верхней оценки заключается в разбиении заготовки на жесткие блоки наделённые возможностью относительного скольжения и составлении баланса мощностей внешних и внутренних сил. При этом мощность пластической деформации рассчитывается как сумма мощностей сил трения по всем поверхностям скольжения жестких блоков относительно друг друга и инструмента. Скорости скольжения рассчитываются путём построения годографа скоростей. Строят годограф скоростей и определяют все скорости относительного скольжения всех блоков.
22139. Вырубка и пробивка 183 KB
  В верхнем небольшом по толщине слое металла примыкающем к пуансону. В нижнем небольшом по толщине слое металла прилегающем к матрице. 4 В срединном слое металла наибольшом по толщине двухосная схема напряжений и схема деформации сдвига. Местное поверхностное смятие развивается по толщине пока вся толщина металла не будет охвачена пластической деформацией; на третьей стадии происходит пластическая деформация в узкой по толщине кольцевой зоне пластический сдвиг.
22140. Прошивка 333 KB
  Схема открытой прошивки: а сквозная прошивка высокой заготовки; б сквозная прошивка высокой заготовки после поворота заготовки на 180;1 нижняя плита; 2 противень; 3 4 первая и вторая проставки; 5 боек; 6 заготовка; в сквозная прошивка низкой заготовки; 7 подставка; 8 подкладное кольцо; 9 низкая подставка; 10 выдра; 11 исходная заготовка. При открытой прошивке боковая поверхность заготовки является свободной см. При открытой прошивке исходная форма заготовки искажается hD неравномерно. Искажение при открытой...
22141. Обжим, раздача, отбортовка 298.5 KB
  P S 3 2 S 1 Рис 1. Рис. P v S 3 2 S 1 Рис. Рис.