Основные вопросы:
1.Формирование концепции биосферы;
2.Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере:
3.Живое вещество биосферы и его функции.
4.Биологический и геологический круговороты веществ в биосфере.
5. Концепция антропогенного воздействия как мощного геологического и геохимического фактора.
6.Возникновение и развитие ноосферы.
7.Современная биосфера.
8.Рост производства и нагрузки на окружающую среду.

Впервые понятие «биосфера» (от греч. — жизнь и — шар) в качестве термина — австрийским ученым Э. Зюссом (1875). Заслуга в разработке стройного, целостного научного учения о биосфере, как «области жизни», принадлежит академику В.И. Вернадскому (1863— 1945). Под биосферой он понимал область существования живого вещества. Он назвал биосферой оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль. «Жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности, — писал В.И. Вернадский. — Под ее влиянием эти атомы находятся в непрерывном, интенсивном движении. Из них все время создаются миллионы, разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древнейших археозойских эр до нашего времени. На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Таким образом, живым организмам Вернадский отводил роль главнейшей преобразующей силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время (современная биосфера, или необиосфера), но и в прошлом (былые биосферы, или палеобиосферы). В таком случае под биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует либо когда-то существовала жизнь, т.е. где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.

Современная биосфера представляет собой сложную систему, состоящую из многих компонентов, которые включают всю живую и неживую (среду обитания) природу. Она охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биогеохимическими циклами миграции веществ и энергии.

Границы биосферы. Верхняя граница биосферы в атмосфере определяется высотой 20—25 км — слоем озона; озоновый экран защищает все живое на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца. Споры некоторых бактерий и плесневых грибов были обнаружены на высоте до 22 км.

В гидросфере границы доходят до максимальных глубин, жизнь встречается на дне океанических впадин, до 10—11 км от поверхности, где температура около 0°С.

В литосфере жизнь ограничивается прежде всего, температурой горных пород, постоянно возрастающей с глубиной. В породах земной коры бактерии были обнаружены на глубине 4 км.

В пределах биосферы выделяется биогеосфера («пленка жизни», «слой сгущения жизни», «биогеоценотический покров») — своеобразная оболочка земного шара, где сконцентрировано живое вещество планеты. В отличие от биосферы биогеосфера — это только область высокой концентрации живого вещества и располагается она на границе поверхности земной коры с атмосферой и в верхней части водной оболочки, занимая слой толщиной от нескольких метров (тундра, степь, пустыня) до сотен метров (леса, моря).

В основу учения Вернадского о биосфере положено представление о планетарной геохимической роли живого вещества в образовании биосферы как продукта длительного превращения веществ и энергии в ходе геологического развития Земли. В пределах биосферы везде встречается либо само живое вещество, либо следы его деятельности: газы атмосферы; природная вода; запасы нефти, угля, известняка, глины, сланцы, торф и т.д.

До трудов Вернадского в геологических явлениях и эволюции верхних слоев литосферы (земной коры) первенство отводилось физико-химическим процессам выветривания. В.И. Вернадский показал первостепенную преобразующую роль живых организмов и обусловливаемых ими механизмов разрушения горных пород, круговорота веществ, изменения водной и атмосферной оболочек Земли.

Общая характеристика биосферы. Биосфера (по В.И. Вернадскому) - оболочка Земли, включающая как oблaсти, где встречаются живые вещества, так и само это вещество. Здесь под живым веществом понимается совокупность всех организмов, населяющих Землю. Понятие биосферы несколько условно, так как кроме естественных мест существования органической жизни, создаются и искусственные (космические корабли, подводные лодки) "островки жизни.» Органическая жизнь сосредоточена в трех косных (неживых) географических оболочках - геосферах Земли (литосфера, гидросфера, атмосфера). Инструмент фотосинтеза -живой организм преобразуют углекислый газ, воду и минеральные соли в биомассу живую, используя солнечную энергию для образования органических веществ из неорганических соединений и углекислого газа и называемые aвтотрофами (самопитающиеся), преобразуют энергию солнечного света в биохимическую энергию, запасая ее в виде энергии химических_связей_в
сложных органических веществах. Большинство бактерий, грибы, животные, нуждающиеся для своего роста и развития в готовых органических соединениях, называются гетеротрофами, т.е. питающиеся другими организмами.

Кроме фотосинтеза, другим важнейшим для существования жизни про-
цессом в биосфере является круговорот веществ, осуществляемым благо
даря наличию в биосфере автотрофов, создающих органические вещества
из неорганических, и гетеротрофов,, которые используют эти органические соединения, пополняя запас неорганических веществ в биосфере. Следовательно фотосинтез и круговорот веществ - это два основных фактора существования биосферы Земли.

Структура биосферы. Функции и свойства живого вещества

В.И. Вернадский считал, что вещество биосферы состоит из семи глубоко разнородных частей, но геологически не случайных: живое вещество, биогенное, косное, биокосное, вещество в радиоактивном распаде, вещество рассеянных атомов и вещество космического происхождения. Наиболее важными являются первые четыре.

Живое вещество. Этот термин введен в литературу В.И. Вернадским. Под ним он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

Биогенное вещество (уголь, нефть, известняки, торф, сланцы и др.) — органические и органоминеральные вещества, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории Земли и являющиеся источником чрезвычайно мощной энергии.

Косное вещество представляет субстрат или среду обитания живых организмов, хотя образовано процессами, в которых живое вещёствсГне принимало участия.

Биокосное вещество образовано в результате синтеза живого и неживого (косногоХ вещества (кора выветривания, почвы, илы, природные воды, осадочные породы и другие). Соотношение живого и косного в биокосном веществе варьирует. Например, почва в среднем состоит из 93% косных и 7% органических веществ.

Живое вещество — основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть (0,01% от массы всей биосферы). По Вернадскому, живое вещество — это совокупность существующих (или существовавших в определенный отрезок времени) живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором. Живое вещество биосферы химически и геологически является чрезвычайно активным. Различают пять основных функций живого вещества на нашей планете.

1. Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтез зеленых растений, в процессе которого происходит аккумуляция солнечной энергии и перераспределение ее между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.
2. Газовая функция обусловливает миграцию газов и ихпревращение, обеспечивает газовый состав атмосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества,создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ,сероводород, метан и другие. С газовой функцией связывают два переломных периода в развитии биосферы. Первыйиз них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от овременного уровня (первая точка Пастера), что произошло около 1,2 млрд лет
назад. Это обусловило появление первых аэробных организмов. С этого времени восстановительные процессы дополнились окислительными. Второй переломный период связывают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера), что создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в атмосфере. Это обусловило выход организмов из воды
на сушу. До этого времени функцию защиты организмов от губительных льтрафиолетовых лучей выполняла вода.
3. Окислительно-восстановительная функция связана синтенсификацией под влиянием живого вещества процессов окисления (благодаря обогащению среды кислородом) ивосстановления, — когда идет разложение органических
веществ при дефиците кислорода, что сопровождается образованием и накоплением сероводорода.
4. Концентрационная функция проявляется в способности организмов концентрировать в своем теле рассеянные химические элементы, повышая их содержание посравнению с окружающей средой на несколько порядков.
Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают легкие атомы водорода, углерода, кислорода, натрия, магния, серы,
хлора, калия, фосфора, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы. Результат концентрационной деятельности — залежи торфа, углей, известняков, мела, рудные месторождения и другие. Деструкционная функция обусловливает процессы, связанные с разложением органических веществ после смерти,вследствие чего происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещества биосферы. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни — грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).
5. Биологический и геологический круговороты.
Все вещества на планете находятся в процессе круговорота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ: большой (геологический, биосферный) и малый (биологический).

Большой круговорот веществ в биосфере характеризуется двумя важными моментами: он осуществляется на протяжении всего геологического развития Земли и представляет собой современный планетарный процесс, принимающий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

Геологический круговорот связан с образованием и разрушением горных пород и последующим перемещением продуктов разрушения — обломочного материала и химических элементов. Значительную роль в этих процессах играли и продолжают играть термические свойства поверхности суши и воды: поглощение и отражение солнечных лучей, теплопроводность и теплоемкость. Неустойчивый гидротермический режим поверхности Земли вместе с планетарной системой циркуляции атмосферы обусловливал геологический круговорот веществ, который на начальном этапе развития Земли, наряду с эндогенными процессами, был связан с формированием континентов, океанов и современных геосфер. Со становлением биосферы в большой круговорот включились продукты жизнедеятельности организмов. Геологический круговорот поставляет живым организмам элементы питания и во многом определяет условия их существования.

Главные химические элементы литосферы: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, натрий, калий и другие — участвуют в большом круговороте, проходя от глубинных частей верхней мантии до поверхности литосферы. Магматическая порода, возникшая при кристаллизации магмы, поступив на поверхность литосферы из глубин Земли, подвергается разложению, выветриванию в области биосферы. Продукты выветривания переходят в подвижное состояние, сносятся водами, ветром в пониженные места рельефа, попадают в реки, океан и образуют мощные толщи осадочных пород, которые со временем, погружаясь на глубину в областях с повышенной температурой и давлением, подвергаются метаморфозу, т. е. «переплавляются». При этой переплавке возникает новая метаморфическая порода, поступающая в верхние горизонты земной коры и вновь входящая в круговорот веществ.



Наиболее интенсивному и быстрому круговороту подвергаются легкоподвижные вещества — газы и природные воды, составляющие атмосферу и гидросферу планеты. Значительно медленнее совершает круговорот материал литосферы. В целом каждый круговорот любого химического элемента является частью общего большого круговорота веществ на Земле, и все они тесно связаны между собой. Живое вещество биосферы в этом круговороте выполняет огромную работу по перераспределению химических элементов, беспрерывно циркулирующих в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и снова во внешнюю среду.

Малый, или биологический, круговорот веществ — это циркуляция веществ между растениями, животными, грибами, микроорганизмами и почвой. Суть биологического круговорота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов — создания органических веществ и их разрушения. Начальный этап возникновения органических веществ обусловлен фотосинтезом зеленых растений, т. е. образованием живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворе молекулы серы, фосфора, кальция, калия, магния, марганца, кремния, алюминия, цинка, меди и других элементов. Растительноядные животные (консументы I порядка) поглощают соединения этих элементов уже в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включающую белки, жиры, аминокислоты и другие вещества. В процессе разрушения микроорганизмами (редуцентами) органических веществ отмерших растений и останков животных, в почву и водную среду поступают простые минеральные соединения, доступные для усвоения растениям, и начинается следующий виток биологического круговорота.



Возникновение и развитие ноосферы

Эволюция органического мира на Земле прошла несколько этапов.Первый –связан с возникновением биологического круговорота веществ в биосфере. Второй- сопровождался формированием многоклеточных организмов. Эти два этапа называют биогенезом.Третий этап связан с появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит эволюция биосферы и превращение ее в сферу разума-ноосферу(от гр.-разум,-шар). Ноосфера- новое состояние биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным фактором, обуславливающим ее развитие. Термин «»ноосфера» был введен Э. Леруа. В. И. Вернадский углубил и развил учение о ноосфере. Он писал: «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете.В ней человек становится крупной геологической силой». В. И. Вернадский выделил необходимые предпосылки для создания ноосферы:1.Человечество стало единым целым.2.Возможность мгновенного обмена информацией.3.Реальное равенство людей.4.Рост общего уровня жизни.5.Использование новых видов энергии. 6.Исключение войн из жизни общества. Создание этих предпосылок становится возможным в результате взрыва научной мысли в ХХ веке.