Лекция № 2,3 Земля место существования живой материи.

План:

1.Особенности планеты Земля в ряду других планет Солнечной системы.

2.Живое вещество. Учение Вернадского о живом веществе.

3.Основные особенности живого вещества и связанного с ним круговорота химических элементов.

Ключевые слова: Солнечная система, живое вещество, учение Вернадского, круговорот химических элементов.

1.Со́лнечная систе́ма — планетная система, включающая в себя центральную звезду — Солнце — и все естественные космические объекты, обращающиеся вокруг неё.

Большая часть массы объектов, связанных с Солнцем гравитацией, содержится в восьми относительно уединенных планетах, имеющих почти круговые орбиты и располагающихся в пределах почти плоского диска — плоскости эклиптики. Четыре меньшие внутренние планеты — Меркурий, Венера, Земля и Марс, также называемые планетами земной группы, состоят в основном из силикатов и металлов. Четыре внешние планеты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, также называемые газовыми гигантами, в значительной степени состоят из водорода и гелия и намного массивнее, чем планеты земной группы.

Шесть планет и три карликовые планеты окружены естественными спутниками. Каждая из внешних планет окружена кольцами пыли и других частиц.

Солнечный ветер (поток плазмы от Солнца) создаёт пузырь в межзвёздной среде, называемый гелиосферой, который простирается до края рассеянного диска. Гипотетическое облако Оорта, служащее источником долгопериодических комет, может простираться на расстоянии примерно в тысячу раз далее гелиосферы.

Солнечная система входит в состав галактики Млечный Путь.

Земля

Земля является наибольшей и самой плотной из внутренних планет, она единственная проявляет геологическую активность и у которой наблюдалается тектоника плит. Земля является единственным местом во Вселенной, где, как известно, существует жизнь[41]; во многом это обусловлено её гидросферой — уникальным явлением среди планет земной группы. Атмосфера Земли радикально отличается от атмосфер других планет — измененная присутствием жизни, она содержит свободный кислород[42]. У Земли есть один естественный спутник — Луна, единственный большой спутник планет земной группы Солнечной системы.Можно выделить несколько отдельных слоев Земли, у которых есть свои определенные химические и сейсмические характеристики (толщина в км):

1 - 40 Кора

40 - 400 Верхняя мантия

400 - 650 Переходная область

650 - 2890 Нижняя мантия

2890 - 5150 Внешнее ядро

5150 - 6378 Внутреннее ядро

Изменения коры значительны по толщине. Под океанами она более тонкая, чем под континентами. Внутреннее ядро и кора твердые, внешнее ядро и слои мантии полужидкие. Различные уровни отделяются друг от друга неоднородностями, которые хорошо определяются сейсмическими данными; наиболее известная из них - неоднородность Мохоровичича, располагающаяся между корой и верхней мантией.

Большая часть массы Земли заключена в мантии; основная часть оставшейся массы приходится на в ядро, а масса той части, на которой мы обитаем, составляет крошечную долю от всей массы (масса в кг*1024):

Атмосфера 0,0000051

Океаны 0,0014

Кора 0,026

Мантия 4,043

Внешнее ядро 1,835

Внутреннее ядро 0,09675

Ядро, вероятно, состоит в основном из железа (или никеля и железа), хотя возможно присутствие и некоторых более легких элементов. Температура в центре ядра может достигать 7500 K, а это больше, чем температура поверхности Солнца. Нижняя мантия состоит из обычного кремния, магния и кислорода с небольшим количеством железа, кальция и алюминия. Верхняя мантия - это большей частью оливен и пироксен (железо-магниевые силикаты), кальций и алюминий. Эти данные мы получили только благодаря сейсмическим методам; образцы из верхней мантии достигают поверхности в виде вулканической лавы, но большая часть Земли для нас недостижима. Кора - это прежде всего кварц (кремниевая двуокись) и другие силикаты типа полевого шпата. Химический состав Земли (по массе) следующий:

Железо 34,6%

Кислород 29,5%

Кремний 15,2%

Магний 12,7%

Никель 2,4%

Сера 1,9%

Титан 0,05%

Другие планеты земной группы, возможно, имеют подобные структуры и составы с некоторыми отличиями: у Луны маленькое ядро; у Меркурия очень большое ядро относительно диаметра планеты; мантии Марса и Луны намного более толстые; у Луны и Меркурия нет отчетливой с химической точки зрения коры; Земля - единственная планета с отчетливо определяемым внутренним и внешним ядром. Обратите внимание, однако, что наши знания относительно внутреннего строения планет носят теоретический характер даже для Земли.

Земля - самое плотное тело Солнечной системы.

Земная поверхность очень молода. В относительно короткий (по астрономическим стандартам) период в 500 000 000 лет эрозия и тектонические процессы разрушили и создали заново большую часть поверхности Земли, уничтожив тем самым почти все следы ранней геологической поверхностни (типа кратеров, появившихся в результате столкновений). Возраст Земли - от 4.5 до 4.6 миллиардов лет, а возраст самых старых известных камней - приблизительно 4 миллиарда лет. Самые старые окаменелости живых организмов имеют возраст меньше чем 3.9 миллиардов лет.На 71% Земная поверхность покрыта водой. Земля - единственая планета, на которой вода может существовать в жидком виде на поверхности (хотя, возможно, на поверхности Титана есть жидкий этан или метан и жидкая вода под поверхностью Европы - спутника Юпитера). Жидкая вода, как мы знаем, необходима для жизни. Способность океанов сохранять тепло также очень важна в поддержании относительно устойчивой температуры Земли. Жидкая вода также ответственна за эрозию и выветривание континентов Земли - процесс, уникальный в солнечной системе сегодня (хотя, возможно, это произошло в прошлом на Марсе).

Aтмосферу Земли составляет азот - на 77 %, кислород - 21 % со следами аргона, двуокиси углерода и воды. Когда Земля только формировалась, в ее атмосфере, возможно, было очень большее количество двуокиси углерода, но к нынешнему времени большая его часть уже входит в состав карбонатных горных пород, немного меньший его объем содержится в растворенном виде в океанах и остальная часть использовалась и используется растениями для жизни. Очень малое количество присутствующей сейчас в атмосфере двуокиси углерода чрезвычайно важно для поддержания поверхностной температуры Земли через парниковый эффект. Парниковый эффект поднимает среднюю поверхностную температуру приблизительно на 35° C выше той температуры, которая была бы без него; океаны были бы заморожены и жизнь была бы невозможна.

Присутствие свободного кислорода совершенно замечательно с химической точки зрения. Кислород в атмосфере Земли производится и поддерживается биологическими процессами. Без жизни не было бы в атмосфере и свободного кислорода.

Взаимодействие Земли и Луны замедляет вращение Земли примерно на 2 миллисекунды в столетие. Исследования показывают, что 900 миллионов лет назад год состоял из 481 18-часового дня.

У Земли умеренное магнитное поле, производимое электрическими токами в ядре. Взаимодействие солнечного ветра, магнитного поля Земли и верхних слоев атмосферы Земли вызывает полярные сияния. Нарушения в этих явлениях заставляют магнитные полюса перемещаться относительно поверхности Земли; северный магнитный полюс в настоящее время находится в северной Канаде.

Магнитное поле Земли и его взаимодействие с солнечным ветром также производит радиационные пояса Ван Аллена - пару колец ионизированного газа (или плазмы). Внешний пояс простирается на высоте от 19 000 км до 41 000 км; внутренний пояс располагается на высоте от 7 000 км до 13 000 км.

У Земли только один естественный спутник - Луна, но на орбиту Земли были выведены еще тысячи малых искусственных. Астероид 3753 (1986 ТО) имеет сложную орбитальную связь с Землей; он не является нашей луной, его называют термином "компаньон".

2.Живое вещество или биомасса — совокупность всех живых организмов на Земле, способность живого вещества к воспроизводству и распространению на планете, борьбу организмов за пищу, воду, территорию, воздух.

Живое вещество связано с косным веществом – атмосферой (до уровня озонового экрана), полностью с гидросферой и литосферой, главным образом в границах почвы, но не только.

Живое вещество биосферы неоднородно и обладает тремя типами трофических взаимодействий: автотрофностью, гетеротрофностью, миксотрофностью.

Трофические экологические взаимодействия способствуют преобразованию неорганического (косного) вещества в органическое и обратной перестройке органиче6ских веществ в минеральные. Представители каждого царства, типа и класса выполняют свои функции в экологических взаимодействиях на уровне биосферы.

Живое вещество характеризуется определенными свойствами: это огромная свободная энергия; химические реакции, протекающие в тысячи и даже миллионы раз быстрее, чем в других веществах планеты; специфические химические соединения — белки, ферменты и другие соединения, устойчивые в составе живого; возможность произвольного движения — рост или активное перемещение; стремление заполнить все окружающее пространство; удивительное разнообразие форм, размеров, химических вариантов и т.п., значительно превышающее многие контрасты в неживом, косном веществе.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

Вместе с тем, все живое вещество физико-химически едино. И в этом состоит один из основных законов всего органического мира — закон физико-химического единства живого вещества.

Закон физико-химического единства живого вещества имеет принципиально важное значение для человеческой практики. Из него следует, что нет такого физического или химического агента, который был бы гибелен для одних организмов и абсолютно безвреден для остальных. Разница лишь количественная: одни организмы более чувствительны, другие менее, одни в ходе отбора приспосабливаются быстрее, другие медленнее. При этом приспособление идет в ходе естественного отбора, то есть за счет гибели тех индивидов, что не смогли адаптироваться к новым условиям.

Второе наиболее важное обобщение для живого вещества планеты состоит в законе константности количества живого вещества: количество живого вещества биосферы в пределах рассматриваемого геологического периода есть константа. Согласно закону биогенной миграции атомов, живое вещество оказывается энергетическим и химическим посредником между Солнцем и поверхностью Земли. Если бы количество живого вещества колебалось, то и энергетика планеты была бы непостоянной. Действительно, такие перемены случались в эволюции жизни на Земле, но они были очень редки. Обычно количество живого вещества планеты было равномерным, как и биохимические круговороты на ней.

Количественное постоянство характерно и для числа видов. Однако в эволюции живого одни виды образовывались, другие вымирали. Такой процесс неизбежен из-за изменения условий жизни на планете и в силу того обстоятельства, что для нормального функционирования природных систем необходима множественность видов, особенно в управляющем звене экосистемы, т.е. среди консументов. Если бы число видов резко колебалось, биосфера потеряла бы свойство надежности. Поэтому во все геологические периоды массового вымирания организмов наблюдалось и бурное видообразование. Правило константности числа видов может быть сформулировано следующим образом: число нарождающихся видов в среднем равно числу вымирающих, и общее видовое разнообразие в биосфере есть константа.

Для изучения живого вещества в экологии применяются определенные методы и подходы. Одним из основных является экосистемный подход.

Впервые определение экосистемы, как совокупности живых организмов с их местообитанием, было дано Тэнсли в 1935 г. При экосистемном подходе в центре внимания эколога оказываются поток энергии и круговорот веществ между биотическим и абиотическим компонентами экосферы. Его больше интересуют здесь функциональные связи (такие, как цепи питания) живых организмов между собой и с окружающей средой, чем видовой состав сообществ и определение редких видов или колебаний численности. Экосистемный подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ, независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: