IX Міжнародна студентська наукова конференція Студентський науковий форум – 2017

Вчення про біосферу Землі – це найцікавіше узагальнення сучасного природознавства. Воно є науковою основою для дослідження природних об'єктів та комплексного підходу при організації сучасного виробництва та інших видів антропогенної діяльності. Встановлено, що життя на планеті протікає та розвивається лише у тонкому шарі атмосфери – тропосфері, у всій гідросфері та у верхніх шарах літосфери. Цю тонку земну оболонку, населену організмами, називається біосферою. Біосфера - область життя, простір на поверхні земної кулі, в якому живуть живі істоти.

Великий російський академік В.І. Вернадський 1 вперше науково обґрунтував єдність людини та біосфери та створив вчення про біосферу. Центральним поняттям цього вчення є думка, що біосфера – своєрідна оболонка Землі, розвиток якої значною мірою визначається діяльністю живих організмів.

Відповідно до теорії В.І. Вернадського, біосфера у своїй будові містить такі категорії речовин:

1) жива речовина - сукупність живих організмів, що населяють біосферу, характеризується особливим хімічним складом, масою, енергією, інформацією; трансформує сонячну енергію та залучає неорганічну матерію в безперервний кругообіг. Жива речовина є функція біосфери, а біосфера може бути розглянута як наслідок розвитку живої речовини;

2) біогенна речовина – продукти життєдіяльності живих організмів (кам'яне вугілля, нафта, торф, крейда);

3) біокосна речовина – продукти розпаду та переробки гірських та осадових порід живими організмами (ґрунти, мул, природні води).Біокосна речовина має мінеральну основу, яка докорінно перетворена на життєдіяльність організмів (ґрунтовий покрив, повітря, вода);

4) закісна речовина - все, що не мало зв'язку з живим (застигла лава, вулканічний попіл);

5) радіоактивні речовини, які у результаті розпаду радіоактивних елементів (радій, уран, торій тощо.);

6) розсіяні атоми (хімічні елементи), що у земної корі у розсіяному стані;

7) речовина космічного походження – метеорити, протони, нейтрони, електрони та інші мікрочастинки.

У межах біосфери існують чотири середовища життя: неживі (вода, повітря), біокосне (грунт) і живе (організми).

Процеси, що протікають в екосистемі (кількість живих організмів, швидкість їх розвитку тощо), залежать від кількості енергії, що надходить в екосистему, а також від циркуляції речовин в екосистемі. Біосфера є енергетично відкритою – незамкненою термодинамічною системою, в якій йде поглинання та віддача енергії із зовнішнього середовища.

Жива речовина нашої планети існує у вигляді величезної множини організмів різноманітних форм і розмірів. Нині Землі існує понад два мільйони видів організмів. З них частку рослин припадає близько 500 тис. видів, але в частку тварин понад 1,5 млн видів. Найчисленніша за кількістю видів група – це комахи (близько 1 млн) видів. Організми, що становлять біомасу, мають здатність відтворення – розмноження та розповсюдження по планеті.

Головна функція біосфери полягає у забезпеченні круговороту хімічних елементів, що виражається в циркуляції речовин між атмосферою, ґрунтом, гідросферою та проходить крізь живу речовину.

Жива речовина відіграє важливу роль у біогеохімічних процесах завдяки обміну речовин і енергій, що відбувається в живих організмах. Жива речовина є найактивнішим компонентом біосфери. Воно виконує величезну геохімічну роботу, сприяю перетворення інших оболонок Землі в геологічному масштабі землі. Основною особливістю живої істоти є, крім клітинної діяльності та передачі, спосіб використання енергії. Живі організми вловлюють енергію космосу як сонячного світла, утримують її як енергії складних органічних сполук (що входить до складу біомаси), передають її одне одному і трансформують інші види енергії (механічну, електричну, теплову). Неживі речовини переважно розсіюють енергію.

Жива речовина, біосфера, перетворює енергію Сонця у вільну енергію, здатну виконувати роботу. Робота, що виробляється життям, полягає у перенесенні та перерозподілі хімічних елементів у біосфері.

Всі ґрунти та мінерали поверхні (чорнозем, глина, вапняк, руда, вугілля та нафта) утворилися під впливом живої матерії.

Перетворення енергії в організмах ґрунтується на різниці температури та інших принципах. Живі істоти слід розглядати як пристрої, де хімічна енергія перетворюється на інші види енергії.

Особливості функціонування живих істот:

• здатність до самовідтворення;

• здатність утворення полімерних оболонок, що захищають живу речовину від відкісного середовища;

• здатність акумулювати та передавати хімічну енергію, а також здійснювати хімічні реакції в нормальних умовах температури та тиску без утворення побічних продуктів. Життя на Землі ідеально економічне.

Розглянемо властивості живої речовини.

1. Жива речовина біосфери характеризується величезною вільною енергією, яку можна було б порівняти хіба що з вогненним потоком лави, але енергія лави недовготривала.

2. У живій речовині, завдяки присутності ферментів, хімічні реакції відбуваються набагато швидше, ніж у неживому. Для життєвих процесів характерним є процес: отримані організмом речовини та енергія переробляються та віддаються у значно більших кількостях. Наприклад, маса комах, яких з'їдає синиця за добу, дорівнює її своїй масі, а деякі гусениці вживають і переробляють за добу в 200 разів більше їжі, ніж важать самі.

3. Індивідуальні хімічні елементи (білки, ферменти, котрий іноді окремі мінеральні сполуки синтезуються лише у живих організмах).

4. Жива речовина прагне заповнити собою весь можливий простір. В.І. Вернадський називає дві специфічні форми руху живої речовини:

а) пасивну, яка здійснюється розмноженням, і властива як тваринам, і рослинним організмам;

б) активну, що здійснюється за рахунок спрямованого руху організмів (меншою мірою характеру для рослин).

5. Жива речовина виявляє значно більшу морфологічну та хімічну різноманітність, ніж неживу. У природі відомо понад 2 млн органічних сполук, які входять до складу живої речовини, тоді як кількість мінералів неживої речовини становить близько 2 тис. – значно нижча.

6. Жива речовина представлена ​​індивідуальними організмами, кожен із яких має свій власний генезис, свій генетичний склад. Найбільшими з рослин вважаються секвої, а з тварин – кити. На думку В.І.Вернадського, мінімальні та максимальні розміри організмів визначаються граничними можливостями їхнього газового обміну із середовищем.

7. Живе речовина будь-коли потрапляє Землі в морфологічно чистої формі, наприклад, як популяційного виду, тобто. може існувати лише як біоценозу.

8. Все живе з живої – це відмінна риса живої речовини, що існує на Землі у формі безперервного чергування поколінь і характеризується генетичним зв'язком з живою речовиною всіх минулих геологічних епох.

В.І. Вернадський виділяє такі функції живої речовини:

- транспортна (перенесення речовини проти сили тяжіння та в горизонтальному напрямку);

- Концентраційна (вибіркове накопичення в ході життєдіяльності окремих видів речовини, використаної для створення організму);

- деструктивна (руйнування органічних речовин, неживої неорганічної речовини, мінералізація небіогенної органічної речовини);

- метаболізму та дихання організмів;

- енергетична (поглинання сонячної енергії у процесі фотосинтезу, передача енергії харчовими ланцюгами різнорідної живої речовини);

- средоутворююча (перетворення фізико-хімічних параметрів середовища);

- Інформаційна функція живої речовини біосфери. Організми виявилися здатними для отримання інформації шляхом з'єднання потоку енергії з активною молекулярною структурою. Здатність сприймати, зберігати та переробляти молекулярну інформацію здійснила випереджальну еволюцію в природі і стала найважливішим екологічним системоутворюючим фактором.

Список використаних джерел

1. Вернадський, В. І. Біосфера та ноосфера. - М.: Айріс-прес, 2012. - 576 с.

2. Вернадський, Володимир Іванович // Нова російська енциклопедія. - М.: Енциклопедія, 2007. - Т. 3. - С. 375.

3.Вернадський В.І. Про корінну матеріально-енергетичну відмінність живих і відсталих тіл біосфери // «Володимир Вернадський: Життєпис. Вибрані праці. Спогади сучасників. Судження нащадків», сост. Г.П. Аксьонов. - М.: Сучасник, 1993.

4. В.І. Вернадський. Роздуми натураліста. Наукова думка, як планетне явище. - М.: Наука, 1977; Вивчення явищ життя та нова фізика, 1931; Біогеохімічні нариси. - М.-Л.: Вид-во АН СРСР, 1940.

5. Інтернет-ресурс: http://biofile.ru/bio/2508.html.

6. Френкель О.М. Концепції сучасного природознавства: фізичні, хімічні та біологічні концепції: навч. посібник. - Ростов-н / Д: Фенікс, 2014. - 246 с.