Основные теории происхождения биосферы - Общая экология
Важнейшие представления о возникновении и развитии биосферы обосновал Вернадский.
Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции, в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Рассмотрим этапы эволюции биосферы. Для этого проследим путь преобразования вещества с образования неорганических веществ в космическом пространстве и формирования планетарных систем.
Эволюция химических элементов в космическом пространстве.
Изучением космического пространства занимаются многие науки, отпочковавшиеся от астрономии или возникшие на стыке наук. Одна из них - спектроскопия - возникла на стыке химии и астрономии. Предмет ее исследования - спектры звезд. Это позволяет идентифицировать химические элементы, составляющие звезды, определить их температуру и многое другое. С конца 19 века было зарегистрировано более 2 млн. спектров примерно 15 тыс. звезд, в том числе и Солнца. На их основе был сделан вывод, что всюду во Вселенной существуют одни и те же химические элементы и выполняются одни и те же химические законы.
Водород - наиболее часто встречающийся и самый простой элемент. Его атом состоит из 1 протона и 1 электрона. Если первичное вещество Вселенной состояло из одного водорода, то можно объяснить не только наличие, но и распространенность всех остальных элементов в настоящее время. В такой первичной Вселенной, состоящей из чистого водорода, образовались звезды. Они являются довольно крупными гравитационно-связанными скоплениями вещества, в ходе образования которых температура повышается настолько, что начинают протекать ядерные реакции. Основной ядерной реакцией является слияние ядер атомов водорода. В этой реакции водород превращается в гелий с выделением энергии.
- 4Н 1Не + Е излучения 1 протон 2 протона 1 электрон 2 электрона
2 нейтрона
M(Н) = 1,0079 а. е.м.
M(4Н) = 4,0316 а. е.м. m(Не) = 4,0026 а. е.м.
M = 0,029 а. е.м. - разность масс между массой 4-х атомов Н и 1 атома Не - превращается в энергию излучения (по законам сохранения энергии и вещества).
Дальнейшее взаимодействие элементов приводит к возникновению других элементов. Реакции последних между собой приводят к возникновению более сложных молекул и их комплексов, а в дальнейшим пылевых частиц. С помощью спектроскопии было доказано, что межзвездное вещество состоит из газов - Н, Не, Ne и пылевых частиц, состоящих их металлов и других элементов. Газы и пылевые частицы образуют в космическом пространстве скопления газо-пылевой материи - туманности. Туманности встречаются по всей нашей галактике.
Например, ближайшая к нам, гигантская туманность в скоплении Ориона, имеет около 15 световых лет в диаметре и содержит такое количество газа и пыли, которого достаточно для образования 100000 звезд размером с наше Солнце. Еще одна туманность - Млечный Путь, имеющая диаметр около 100000 световых лет.
Образование планетарных систем.
Ученые полагают, что туманности являются этапом формирования галактик или крупных звездных систем. В моделях теорий такого типа планеты представляют собой побочный продукт образования звезд. Эта точка зрения впервые была высказана Кантом и позднее развита Койпером, Альвеном, Камероном И подтверждается рядом доказательств.
Когда газово-пылевое облако становится достаточно большим в результате медленного оседания и слипания (аккреции) межзвездного газа и пыли под действием гравитационных сил, оно становится неустойчивым - в нем нарушается близкое к равновесию соотношение между давлением и гравитационными силами. Гравитационные силы преобладают и поэтому облако сжимается. По мере возрастания плотности вещества под воздействием гравитационных и других сил облако дробится на облака более мелкого размера, которые в свою очередь образуют фрагменты, в несколько раз превышающие по массе и размерам Солнечную систему. Такие облака называют протозвездами. Массивные протозвезды далее образуют крупные и горячие звезды, менее массивные протозвезды формируют меньшие и более холодные звезды, которые эволюционируют медленнее первых. Размеры протозвезд ограничены верхним пределом, превышение которого привело бы к дальнейшей фрагментации и нижним пределом, определяемым минимальной массой, которая требуется на поддержание ядерных реакций.
В ходе ранних фаз сжатия тепло, высвобождающееся при превращении гравитационной энергии в энергию излучения легко покидает облако, поскольку относительная плотность вещества еще мала. По мере возрастания плотности вещества поглощается все большее количество энергии излучения и в результате возрастает температура. На этой стадии смесь газов состоит из Н, Не, Ne, NH3, CH2, H2O, HCN. Эти газы поглощают все больше энергии излучения, диссоциируют, подвергаются ионизации. Когда молекулы полностью ионизируются, температура быстро возрастает до тех пор, пока сжатие почти полностью прекращается, так как давление газа начинает уравновешивать силы тяготения. Завершается фаза быстрого гравитационного сжатия (КоллапсА). Протозвезда продолжает медленно сжиматься, она становится более компактной и горячей, так как теперь тепло излучается только с ее поверхности. Увеличивается скорость вращения пылевых облаков, вследствие чего форма пылевого облака меняется от сферической к дискообразной. Температура все возрастает и начинаются термоядерные реакции образования гелия из водорода, протекающие с высвобождением большого количества энергии.. Температура уравновешивает силы дальнейшего гравитационного сжатия.
Внутри туманностей - областей относительно концентрированного межзвездного газа и пыли - возникают молодые звезды, а вокруг них планеты.
Эволюция Земли на ранних стадиях.
Исходя из вышеизложенного, состав первичной атмосферы Земли состоял из Н, Не, метана, аммиака и воды. Постепенно самые легкие элементы - Н, Не - диффузно утрачиваются из атмосферы, притягиваясь гравитационным полем планет-гигантов. Среди органических веществ первичной атмосферы были, вероятно те, которые ныне обнаруживаются в кометах: молекулы со связями С-Н, С-N, N-Н, О-Н. Кроме того, по мере гравитационного разогрева земных недр из них стали выделяться Н, метан, аммиак и вода и др.
Дальнейшая эволюция вещества шла под воздействием различных видов энергии. Это:
Распад атомов неустойчивых элементов;
Ультрафиолетовое излучение;
Вулканизм;
Удары метеоритов;
Молнии.
В 1924г. И. А. Опарин предложил первую концепцию химической эволюции, согласно которой первичная атмосфера земли была бескислородная. В 1953г. Г. К. Юри и С. Миллер подвергли смесь метана, аммиака и воды действию электрических разрядов. Среди полученных продуктов были обнаружены аминокислоты (глицин, аланин, аспарагиновая, глутаминовая кислоты).
Путем расчетов и экстраполяции некоторых геологических данных, с учетом температурных границ устойчивости органических соединений были определены температурные границы первичной Земли - от 20 до 2000.
Позднее в лабораторных условиях были абиотически получены такие органические молекулы, как альдегиды, нитраты, аминокислоты, моносахариды, пурины, порфирины,,, нуклеотиды и др.
Таким образом условия на первобытной земле можно охарактеризовать следующим образом.
Первичная литосфера.
В молекулярной эволюции только кора сыграла важную роль. Ее состав: AL, Ca, Fe, Mg, Na, K и др. О изменении состава земной коры во времени в настоящее время ничего не известно.
Первичная гидросфера.
На поверхности первичной Земли находилось менее 0,1 объема воды сегодняшних океанов.
Среда воды первичного океана - слабощелочная. (рН = 8-9).
Постепенно происходит конденсация океанов.
Первичная атмосфера.
На самой ранней стадии из Н, который диффундировал в космическое пространство. Затем, атмосфера, которую принято называть первичной, образовалась из вулканических газов.
Было предложено 3 варианта состава первичной атмосферы:
Восстановительная: СН4, NH3, H2O, H2 (с высоким содержанием NH3);
Слабоокислительная: СО2, СН4, NH3, N2, H2O(с низким содержанием NH3);
Нейтральная: СН4, N2, H2O.
Все эти преобразования относятся к раннему архею. Биосфера на данном этапе отсутствует.
Возникновение Протобиополимеров - более сложная проблема. Необходимость их существования очевидна, поскольку они ответственны за протоферментативные процессы: гидролиз, декарбоксилирование, дезаминирование, перекисное окисление, брожение, фотохимические реакции, фосфорилирование, фотосинтез и др.
Похожие статьи
-
БИОСФЕРА, Основные свойства и функции биосферы, Биосфера и космическая энергия - Основы экологии
Биосфера -- одна из оболочек (сфер) Земли, состав, структура и энергетика которой обусловлены главным образом деятельностью живых организмов. Охватывает...
-
Роль В. И. Вернадского в формировании современного учения о биосфере - Общая экология
Учение В. И. Вернадского о биосфере - целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле,...
-
Масштабы антропогенного воздействия на биосферу. Ответные реакции природы - Общая экология
Новое время человечества, с точки зрения отношений с природной средой, начало практически под тем же знаком, что и всю свою историю - существование...
-
Экосистема - основное понятие экологии - Основы общей экологии
Экология рассматривает взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы...
-
Сопряженная эволюция (коэволюция) на внутривидовом и межвидовом уровнях характеризуется тем, что при ней обмен генетической информацией минимален. На...
-
Антропогенное воздействие на биосферу и его последствия Антропогенез Антропогенез - процесс исторического развития человека, того вида, к которому...
-
Биотические процессы в биосфере - Общая экология
Жизнь на Земле зависит от двух фундаментальных процессов - однонаправленного потока энергии, исходящей от Солнца и круговорота в экосфере химических...
-
Основные абиотические факторы - Общая экология
Напомним еще раз, что абиотические факторы - это свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. На Слайде 3 приведена...
-
Биосфера и человек в биосфере - Экология в современном мире
Биосфера - это часть верхней оболочки Земли, в которой существует или способно существовать живое вещество. К биосфере принято относить атмосферу,...
-
Введение, Общее понятие - биосферы - Проблемы загрязнения биосферы и ее экологическое значение
Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала...
-
К Общепланетарным экологическим проблемам в современном обществе относятся: Производство в интересах господствующих групп, наносящее ущерб окружающей...
-
У. чение В. И. Вернадского о ноосфере, т. е. сфере разума, стало венцом его научного творчества. Ноосфера ("ноо" - разум, "сфера разума", "мыслящая...
-
Основы учения о биосфере Определение понятия "биосфера" Биосфера (греч. bios - жизнь, sphaira - шар, сфера) - сложная наружная оболочка Земли, населенная...
-
Основные биотические факторы - Общая экология
Ареалы распространения и численность организмов каждого вида ограничиваются не только условиями внешней неживой среды, но и их отношениями с организмами...
-
Круговороты газообразного и осадочного циклов - Общая экология
Все биогеохимические круговороты подразделяют на 2 основных типа: круговорот газообразных веществ и осадочные циклы. Круговорот газообразных веществ -...
-
Биохимическая эволюция живых организмов - Общая экология
Теорий возникновения протобиополимеров - основы жизни на Земле несколько. Рассмотрим наиболее важнейшие из них. Теория Панспермии. Данной точки зрения...
-
ФУНКЦИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА В БИОСФЕРЕ - Основы экологии
Под живым веществом Вернадский понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию или химический состав. 1. Энергетическая -...
-
К важнейшим экологическим последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся: - возможное потепление климата ("парниковый эффект"); - нарушение...
-
Проблемы экологии - Основные глобальные проблемы человечества
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное...
-
Главные этапы биохимической эволюции живых организмов - Общая экология
Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия внешних ( Аллогенных ) - геологических и...
-
Строение оболочек Земли, их структура, зональность, динамика - Общая экология
Земля имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер), - внутренних и внешних. К внутренним относится ядро, мантия, а к...
-
Круговороты биогенных элементов и их модификация - Общая экология
Количество неорганических веществ, из которых автотрофы создают органические вещества в биосфере конечно, но оно приобрело свойство бесконечности через...
-
На земной поверхности нет химической силы, могущественней по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Что принципиально отличает...
-
Учение В. И. Вернадского1 о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина,...
-
Биосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов - 8-10 км, у экватора - 17-18 км, над остальными территориями - 20-25 км)....
-
Взаимоотношения живых организмов в биосфере - Основы экологии
В процессе развития жизни на Земле первичные живые существа разделились на две группы -- автотрофов (организмов, синтезирующих из неорганических...
-
Функции биосферы в развитии Земли - Основы экологии
В развитии природы Земли одной из важнейших функций биосферы является превращение космических излучений в электрическую, химическую, механическую,...
-
Экосистемы и принципы их функционирования В современной науке доминирует системная парадигма. Исходя из этого, основным объектом изучения экологии...
-
Геохимические циклы (geochemical cycles; н. geochemische Kreisprozesse, geochemischer Kreislauf; ф. cycles gйochimiques; и. ciclos geoquнmiсоs) -...
-
Заключение - Основы общей экологии
Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказались в центре внимания мировой общественности, встал вопрос:...
-
Функционирование экосистем - Основы общей экологии
Энергия В Экосистемах. Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с...
-
Биотическая структура экосистем - Основы общей экологии
Экология биотический толерантность закон Экосистема основана на единстве живого и неживого вещества. Суть этого единства проявляется в следующем. Из...
-
Современные проблемы биосферы, Экология биосферы - Основы экологии
Экология биосферы Понятие "биосфера". В 1875 г. Австрийский ученый-геолог Э. Зюсс ввел в научную литературу термин "биосфера".ю понимая под ним все то...
-
Свойства биосферы - Характеристика социальной экологии
Биосфера (греч. bios - жизнь и sphaira - шар) - оболочка Земли, состав, структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или...
-
Размеры биогеоценозов различны. Совокупности биогеоценозов образуют главные природные экосистемы, имеющие глобальное значение в обмене энергии и вещества...
-
Биоценозы (сообщества), их таксономический состав и функциональная структура - Общая экология
В природе все организмы не изолированы Друг от друга, а образуют разнообразные связи с другими организмами, средой обитания. Без этого ни один индивидуум...
-
Понятие о риске. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации - Общая экология
В последнее время в научный обиход вошло новое Понятие о риске -- как для отдельного человека, так и для государства, и для всего мирового сообщества....
-
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой) как и любая экосистема состоит из абиотической и биотической части. Абиотическая часть представлена:...
-
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное...
-
Почвенная среда жизни. Почвенные организмы - Общая экология
Общая характеристика. Почва - является продуктом жизнедеятельности организмов, включая и микроорганизмы, как современных, так и принадлежащих "былым...
Основные теории происхождения биосферы - Общая экология