Эволюция биосферы земли
Государственный университет управления
Институт информационных систем управления
студенческий билет №18-98м
Реферат по дисциплине
“ Концепции современного естествознания”
на тему
“ Эволюция биосферы Земли”
Студента ММиИОЭ 1-1
Печерицина Алексея
ПЛАН:
Введение_____________________________1
Развитие биосферы в докембрии _______ 1
1. Добиогенное развитие земли______________1
2. Возникновение органических соединений__3
3. Возникновение живых организмов_______4
4. Возникновение биосферы________________5
5. Появление автотрофов__________________5
6. Изменение состава атмосферы___________6
7. Эволюция живого вещества и климат ____7
Развитие биосферы в фанерозое________7
1. Развитие животных со скелетными
образованиями______________________________________7
2. Основные итоги развития биосферы_____9
3. Появление наземных растений__________10
Особенности эволюции органического мира , важные для развития биосферы
______11
Появление человека _________________13
Аннотация
Человек связан с природой неразрывными узами . Начиная с первобытного
периода своего существования он пытался ее познать в целях использования .
Природа давало ему пищу , растительную и животную ; одежду, жилище ; орудия
и оружие - каменные , металлические; энергию огня , воды , ветра .
Постепенно из наблюдений и опыта использования различных природных
объектов возникли науки . Наука о природе - естествоведение -
дифференцировалась на отдельные отрасли знания : биологию , геологию ,
физику , химию . Каждая из них углублялась в изучение деталей и выделяла
новые науки , например ботаника : анатомию , морфологию, физиологию ,
систематику , филогению растений , микробиологию . То же происходило с
зоологией и многими другими науками .
С развитием отдельных наук о природе все настоятельнее проявляется
потребность в выявлении всеобъемлющей картины жизни на планете Земля и
общих процессов , происходящих на ней .
Ламарк впервые вводит термин “биосфера” , обозначающий область жизни
и влияние живых организмов на процессы , происходящие на Земле .
Биосфера тесно связана с деятельностью человека , и сохранность
равновесия ее состава зависит от него .
В настоящее время в связи с весьма ощутимыми последствиями научно-
технического прогресса , ставящим под угрозу дальнейшее существования
человека , во всех странах мира испытывается настоятельная потребность в
охране биосферы. А чтобы устранить опасности , нависшие над Землей ,
необходимо знать историю биосферы , знать ,как она существовала до
возникновения человека . Знание процессов , происходящих в биосфере , и
соответственно разумная организация всей деятельности и жизни
человечества может помочь восстановить былую красоту природы.
Под биосферой принято понимать сложную внешнюю оболочку Земли ,
населенную организмами . Биосфера качественно отличается от всех других
сфер Земли , так как в ее пределах проявляется геологическая
деятельность живых существ : растений , животных , микроорганизмов , а
на последнем этапе истории Земли - и человека . При этом характерно ,
что определенные группы живых существ могут оказывать различное , вплоть
до диаметрально противоположного , влияния на окружающую среду .
Например , зеленые растения обогащают ее кислородом , животные -
углекислым газом ,растения извлекают громадные массы углерода из
атмосферы , а микроорганизмы , разлагая органическое вещество ,
возвращают большую часть углерода обратно , и т.д.
Современная биосфера включает в себя полностью гидросферу ,
верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы.
РАЗВИТИЕ БИОСФЕРЫ В ДОКЕМБРИИ
ДОБИОГЕННОЕ РАЗВИТИЕ ЗЕМЛИ
По современным представлениям ,возраст Земли оценивается около 5
млрд. лет . Во время своего образования Земля , вероятно представляла
холодное тело , близкое по составу к метеоритам .Материал , из
которого она образовалась , содержал радиоактивные элементы .
Присутствовали , очевидно , и короткоживущие изотопы . Вещество Земли
первоначально характеризовалась однородностью состава .
Вследствие выделения тепла при гравитационном сжатии и особенно
при радиоактивном распаде недра Земли стали постепенно разогреваться .
Однако из-за постоянной потери тепла через поверхность и недостаточности
радиогенного тепла полного расплавления Земли не произошло .
В начальные моменты плавки вещества Земли процессы выплавления и
дегазации , очевидно , охватывали всю поверхность , которая была
относительно ровной и слагалась лишь материалом излившихся базальтов и
первичным веществом планеты .Однообразие и монотонность ландшафтов
нарушалось лишь бесчисленным количеством вулканов да беспрепятственно
достигавшими земной коры солнечными лучами .
Проходили миллионы лет .И по мере того , как шло время ,
постепенно менялся облик планеты : формировались гидросфера и атмосфера
. В результате процессов плавления Земли , на ее поверхность выносилась
вода и разнообразные газы . За счет этой воды и начала формироваться
гидросфера , масса которой постепенно росла , а соответственно
увеличивалась и площадь ее поверхности .
С увеличением площадей , покрытых водой , все меньше становилось
наземных вулканов , и все больше увеличивалось число подводных
извержений или вулканических построек в виде очень пологих островов ,
поднимающихся над водой.
Помимо воды , выделявшейся в виде паров и жидком состоянии , из
недр Земли одновременно поступали газы и дымы : CH4,CO,S,HCl,HF,HBr и
др. Одни из них растворялись в водах гидросферы и участвовали тем самым
в формировании ее солевого состава ; другие же , которые практически не
растворялись в воде , образовывали атмосферу .
Одновременно с образованием гидросферы происходило формирование
атмосферы . Основными компонентами ее были водяные пары , метан ,
окись углерода , аммиак , азот , CO2. Состав атмосферы примерно отвечал
составу современных вулканических газов . Естественно , параллельно с
увеличением объема гидросферы происходило возрастание содержания газов в
атмосфере.
С какого-то момента , когда содержание паров воды и газов в
атмосфере достигло существенного уровня стали существовать условия ,
благоприятствующие возникновению жизни .
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
В то время атмосфера была проницаема для космического излучения в
несравненно большей степени , чем сейчас , поскольку основные компоненты
современной атмосферы - азот и кислород - не играли заметной роли ,
отсутствовал озоновый экран , меньше было паров воды . Можно
предположить , что в таких условиях в древней атмосфере должны были
постоянно образовываться сложные органические молекулы (
эксперименты показали , что при особых воздействиях ( ультрафиолетовое
излучение , ионизирующее излучение ) на смеси газов и паров воды ,
сходные с возможным первичным составом атмосферы , могут возникать
разнообразные органические вещества , которые входят в состав
биологических макромолекул ). Но эти соединения под влиянием
коротковолнового излучения должны были подвергаться и постоянному
разрушению . Поэтому предполагают , что образовавшиеся соединения
сохранялись лишь в том случае , если они попадали в водоемы , в которых
верхний слой воды был достаточен , чтобы задержать губительную
коротковолновую радиацию .
Таким образом , органические соединения постепенно могли
накапливаться в первичном океане и должны были служить не только
материалом для создания первых организмов , но и необходимой
питательной средой для них .
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ
Предполагается , что органические соединения , рассеянные в воде , в
результате бесчисленных взаимодействий друг с другом , переодических
образований привели в конце концов к возникновению специфических
скоплений органического вещества . Эти скопления могли не только
длительно существовать , но и расти , а затем постепенно обмениваться
веществом с окружающей средой , делиться на части себе подобные. Это
момент был революционным скачком , в результате которого “капля “
органического вещества превратилась в живое существо . Дальше все было
относительно проще , так как не требовалось радикального изменения
состояния вещества , а шло лишь усовершенствование живой материи.
Конечно , это лишь одна из наиболее возможных схем пути
возникновения жизни на Земле . В действительности все могло быть иначе .
Нельзя с полной уверенностью сказать ,что жизнь возникла именно на Земле
. Она могла быть и принесена в виде каких-то простейших организмов с
метеоритным веществом из космоса , в то время , когда еще не было
плотной атмосферы , которая могла сильно разогреть или даже сжечь
метеорит .
ВОЗНИКНОВЕНИЕ БИОСФЕРЫ
Появление в древнем океане одного жизнеспособного организма могло
привести к мгновенному в масштабе геологического времени распространению
жизни на Земле . Ведь у живых организмов не было никаких соперников , а
пище в виде разнообразных органических веществ - целый океан . В связи с
этим принято полагать , что возникновение жизни на Земле и возникновение
биосферы с геологической точки зрения явления синхронные . Кислород в
небольших количества выделялся вследствие частичной диссоциации молекул
вода и углекислого газа .
ПОЯВЛЕНИЕ АВТОТРОФОВ
Но вот в процессе эволюции простейших организмов какой-то организм за
счет энергии Солнца осуществил в своем теле синтез органического
водорода , сопровождающийся разложением воды и выделением свободного
кислорода . Появился первый автотрофный организм , родоначальник
фотосинтезирующих растений . Это событие ознаменовало величайшую
революцию в развитии жизни , поскольку именно фотосинтез является
двигателем органических процессов .
Эта революция сопровождалась практически уничтожением старого
органического мира . На смену примитивным , малоэффективным в
энергетическом отношении организмам , использовавшим энергию брожения ,
получающуюся за счет уничтожения органических веществ , пришли более
совершенные организмы , которые использовали энергию солнечных лучей и
сами создавали органические вещества.
Автотрофные организмы , как и гетеротрофные , практически мгновенно
, в смысле геологического времени , распространились на все пространство
Земли .
Ограничивающими факторами были , вероятно , лишь коротковолновое
излучение , которое не давало возможности выйти организмам на сушу , но и
делало непригодным для обитания самую поверхностную часть гидросферы , и
недостаток солнечного света в воде не глубине , превышающей несколько
десятков метров.
ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА АТМОСФЕРЫ
Для первой половины архея было характерно резкое преобладание в воде и
атмосфере углекислого газа , значительно количество аммиака , а так же
вероятно , присутствие метана и паров соляной , фтористой и серной
кислот .
Во вторую половину архея и в раннем протерозое в атмосфере и
гидросфере уже присутствовал свободный кислород, увеличилось содержание
азота и уменьшилось распространение CO2 .
Третий этап развития газовой оболочки Земли , начавшийся около 2
млрд. лет назад , качественно отличается от предшествующих ему этапов .
Для него характерно полное отсутствие аммиака , преобладание свободного
азота , значительное содержание свободного кислорода . Атмосфера имела
уже состав , аналогичный ее современному составу.
ЭВОЛЮЦИЯ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА И КЛИМАТ
Полагают , что очень большое воздействие на среднегодовую температуру
воздуха на Земле оказывает содержание в атмосфере углекислого газа . Он
пропускает солнечные лучи , но поглощает основную часть тепловых лучей ,
идущих от поверхности земли , что препятствует охлаждению Земли и
повышает общую температуру на ее поверхности . Наличие CO2 обуславливает
так называемый оранжерейный эффект воздушной оболочки Земли .
По мере изменения состава и массы атмосферы среднегодовая
температура должна была существенно меняться . В архее она значительно
превышала современную . Уже примерно около 2 млрд. лет назад температура
должна была быть близкой к современной .
Великие оледенения , аналогичные известному оледенению Европы и
Северной Америки и каменноугольному оледенению были в обоих полушариях и
позднем протерозое.
РАЗВИТИЕ БИОСФЕРЫ В ФАНЕРОЗОЕ
РАЗВИТИЕ ЖИВОТНЫХ СО СКЕЛЕТНЫМИ
ОБРАЗОВАНИЯМИ .
Начало кембрийского периода , а следовательно и начало фанерозоя ,
ознаменовались очень важным событием в развитии органического мира .
Впервые появились организмы , обладающие карбонатными , фосфатными и
хитиновыми скелетными образованиями .
Чрезвычайно большую геологическую роль в кембрии играли
археоциаты: морские беспозвоночные животные с внутренним известковым
скелетом очень сложного и тонкого строения , иногда напоминающие вазочки
и кубики величиной от нескольких миллиметров до 40см.
Эти животные наподобие кораллов строили на дне мелких участков морей
своеобразные береговые и барьерные известковые рифы . Они вероятно
питались микроскопическим фитопланктоном , спорами водорослей и
бактериями . Археоциаты очень быстро распространились в морях ,
захватывая средние и небольшие глубины и вытесняя из них обитавшие там
водоросли. Археоциаты появились в кембрийском периоде и в этом же
периоде вымерли.
Карбонатным или реже фосфатным скелетным образованием
(двустворчатая раковина с неодинаковыми створками ) обладали плеченогие
, одиночные двусторонне-симметричные животные , ведущие прикрепленный
образ жизни . Обитали они на морском дне . В кембрии появилась и
большая группа древнейших членистоногих - трилобитов , имевших хитиновый
панцирь . Это уже были преимущественно ползающие по дну животные
В общем с начала кембрийского периода мир животных , несомненно ,
начал развиваться очень бурно , сложно , с вымиранием одних групп
организмов и появлением других , более многочисленных . В результате к
концу кембрия существовали представители почти всех типов животного мира
, хотя наиболее распространенными были трилобиты и археоциаты .
С чем связано появление на границе докембрия и кембрия
организмов с карбонатными и фосфатными скелетами , до сих пор точно не
ясно , но главная причина - изменение содержания кислорода в атмосфере
. Распространено представление , что именно к кембрийскому периоду
содержание его в атмосфере достигло почти 1% от содержания его в
современной атмосфере . Это привело к образованию у поверхности Земли
озонового экрана , благодаря чему жесткое излучение Солнца стало
проникать в верхние слой гидросферы и животный мир смог проникнуть в
крайнее мелководье - наиболее благоприятную для обитания зону. Именно
мелководье наиболее благоприятно для образования карбонатных и некоторых
фосфатных материалов, поскольку в водах его содержится наименьшее
количество углекислого газа , резко повышающего растворимость
минералов. Появление у организма того или иного скелета давало им
большое преимущество перед бесскелетными формами . Поэтому в процессе
борьбы за существование у многочисленных форм организмов стали возникать
скелетные образования.
Основные итоги развития биосферы
Итак , живые организмы создали свободный кислород на Земле .Увеличение
его количества привело к образованию озонового экрана , что расширило
границы распространения жизни в гидросфере . Фотосинтез растений стал
идти более интенсивно . Увеличилась в связи с этим масса автотрофных
организмов и количество выделяемого ими кислорода и поглощаемого
углекислого газа .
На границе криптозоя и фанерозоя появился новый мощный фактор ,
повлиявший на эволюцию биосферы - образование осадочных пород вследствие
накопления извести в результате жизнедеятельности многоклеточных
животных .До этого карбонатные породы образовывались лишь в результате
деятельности водорослей .
Этот фактор был полезен для развития животного мира в целом ,
поскольку постоянно приводило к изъятию из гидросферы значительной части
углекислого газа . В связи с этим породообразующая роль живых
организмов с ходом времени все увеличивалась , что сопровождалось
параллельным уменьшением роли водорослей и бактерий в процессах
образования биогенных карбонатных отложений.
Появление наземных растений
По-видимому , в конце силурийского периода произошло событие
первостепенной важности для всего дальнейшего развития биосферы -
появление наземных растений . Это событие стало возможным благодаря тому
, что к концу силура содержание кислорода в атмосфере достигло уровня в
10% от современного . Образование озона стало происходить на большой
высоте , поэтому ультрафиолетовое излучение солнца уже не должно было
оказывать губительное влияние на организмы , находящиеся на
поверхности суши .
Первой растительностью , появившейся на суше , по мнению
Давиташвили и ряда других ученых , была группа растений , которую
иногда выделяют в особый тип нематофитов , являющийся как бы
промежуточным звеном между водорослями и сосудистыми растениями .
Можно полагать , что нематофиты произрастали в прилежащей к морю полосе
суши . Остатки нематофитов встречены в отложениях позднего силура и
девона .
В верхнесилурийских отложения известны остатки и древнейших сосудистых
растений - псилофитов . Это были очень своеобразные споровые растения ,
имевшие вид невысоких кустарников без листьев . Эти растения не могут
быть названы деревьями , а их скопления - лесом , тем более , что у
этих растений тело еще не было дифференцировано не только на листья , но
и даже на стебель и корень . Был лишь многократно
ветвящийся вверху и внизу ствол .
Псилофитовая флора может рассматриваться как следующий шаг , после
появления нематофитов , эволюции растений . Появившиеся в дальнейшем
новые типы споровых наземных растений ( плуановые , членистостебельные
, папоротники ) уже более интенсивно наступали на сушу и постепенно
захватывали ее .
В среднем девоне уменьшение содержания углекислого газа было
значительно больше , чем увеличение кислорода .Животный мир девона
характеризовался пышным расцветом брахиопод , кораллов ,
строматопороидей, мшанок. В общем фауна беспозвоночных в девоне достигла
наибольшего расцвета .
Возможно , значительное увеличение содержания в девоне кислорода
и уменьшение углекислого газа способствовали появлению в девоне
кистеперых рыб , способных не только поглощать кислород из воды , но и
дышать воздухом . Поэтому они могли выползать на сушу и , вероятно
являлись предками земноводных позвоночных , которые появились , в конце
девонского периода .
Первыми земноводными были стегоцефалы ( крышеголовые) - неуклюжие
, коротконогие , с волочившимся по земле туловищем животные , с головой
, покрытой панцирем из массивных костных образований .
Представляется , что происшедшее в девоне увеличение содержания
кислорода и уменьшение концентрации углекислого газа в воздухе
благоприятствовали и появлению на суше паукообразных , скорпионов ,
насекомых
Наземная растительность этого периода была уже типично лесного
типа . Крупные древовидные папоротники , плуановые и хвощовые нередко
достигали до 40 м и более . К концу периода разнообразие растительного
мира еще более увеличилось и появились первые хвойные растения .
ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО МИРА , ВАЖНЫЕ ДЛЯ РАЗВИТИЯ
БИОСФЕРЫ.
В каменноугольной флоре широко были распространены споровые
влаголюбивые растения (плуан , хвощи и папоротники). Затем началось
появление голосеменных растений, в том числе и хвойных .Эти растения
обладали значительными преимуществами по сравнению со своими
предшественниками и поэтому не только шире их расселились по
поверхности суши , но и в значительной мере вытеснили их из зон ,
которые те вначале безраздельно занимали. В связи с этим в мезозойскую
эру господствующее положение на суши приобрели голосеменные растения.
Затем на смену им пришло господство покрытосеменных растений , еще
более высокоорганизованных .
Первые покрытосеменные появились в середине мезозойской эры . В
кайнозое они быстро завладели всей поверхностью Земли .
С точки зрения развития биосферы , большой интерес представляет
возможная направленность эволюции покрытосеменных .Травянистый тип
покрытосеменных растений произошел от древесного . Процесс развития
трав из древесных растений представляется следующим: деревья -
кустарники -полукустарники - многолетние травы - однолетние травы. Травы
являются наиболее приспособленными представителями растительности .
Темпы эволюции травы был очень высок , и очень быстро после своего
возникновения покрытосеменные растения расселились на громадных
территориях .
Благодаря развитию биосферы Земля постепенно приобрела
всевозможные цвета и оттенки и стала планетой-оазисом среди других
планет солнечной системы. Живое вещество не только является главным и
необходимым компонентом биосферы , определяющим ее развитие , но и
наиболее изменчивой и наиболее быстро эволюционирующей составной частью
земной коры .
Разнообразные процессы, связанные с существованием и развитием
живого вещества, не только представляют собой главные факторы эволюции
всей биосферы и осадочного породообразования на протяжении длительной
геологической истории Земли , но и , очевидно , являются основной
причиной образования самой земной коры.
ПОЯВЛЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА
Появление на Земле человека представляло собой одно из самых
значительных событий в длительной истории биосферы. По существу
,неизмененные ландшафты , не несущие на себе заметных следов воздействия
человека , в настоящее время ,возможно , сохранилось только в пределах
значительных глубин океанов . Все остальные ландшафты изменены под
влиянием деятельности человека.
Вначале своего существования человек являлся ординарным
компонентом биогеоценозов , принципиально не отличавшихся от других
входивших в эти биогеоценозы организмов по воздействию на окружающую его
природу. В начальный период воздействие человека на биогеоценозы , в
которые он входил , ограничивалось лишь потреблением им некоторой
части продуцировавшейся в них растительностью и животной биомассой .
Несмотря на то , что уже раннего питекантропа от животных
отличала способность трудиться , длительное время воздействие человека
на биосферу было чрезвычайно ничтожным . Собирательство растительной
пищи и охота на животных мало отличали этого древнейшего человека от
животных.
Время , отвечающее раннему и среднему палеолиту , которое
окончилось примерно 30-40 тыс. лет назад , представляло собой эпоху
складывания человеческого общества в виде первобытного человеческого
стада .
Это стадо уже не было чисто биологическим объединением , поскольку
представители его уже не только использовали примитивные орудия , но и
изготавливали их. Однако оно не было и настоящим человеческим обществом
, так ка в нем господствовали силы естественного отбора.
Лишь на рубеже среднего и позднего палеолита , после появления
современного , в биологическом смысле , человека , возникла первая
настоящая общественно-экономическая формация - первобытнообщинный строй
. С этого времени чисто биологические законы развития человека оказались
оттесненными социальными законами развития человеческого общества .
В позднем палеолите одновременно с появлением родового строя и
развитием человеческого общества происходило относительно быстрое
развитие материальной и духовной культуры . Значительно совершеннее
стали орудия охоты и труда , люди стали строить себе жилища, шить
одежду.
Мезолит , неолит и бронзовый век охватывает следующий период
воздействия человека на природу , имевший продолжительность около 7
тысяч лет и длившийся примерно от 10 до 3 тыс. лет назад.
Развитию человеческого общества в этот период способствовало в
какой-то мере улучшение природных условий - послеледниковое время .
Климат стал более теплым , из-подо льда освободились обширные территории
суши , на которых расселились люди .Широкое развитие приобретают
рыболовство , скотоводство и земледелие .
Воздействие человека на биосферу в рассматриваемый период времени
было уже не только разнообразным , но и достаточно глубоким . Это было
воздействие не только на животный мир , но и на растительный и даже
почвенный покров.
С начала исторического этапа для все возрастающего воздействия
человеческой деятельности на биосферу имели основное значение быстро
увеличивающийся рост численности населения и развитие техники.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Население Земли к началу нашей эры составляло около 200 млн. человек , а
в настоящее время - около 5 млрд. Неуклонный рост населения быстро
сказывался на природе всей нашей планеты , что усугублялось
одновременном чрезвычайно ускоряющимся прогрессом техники .
Значительная часть лесов оказалось вырубленной и выжженной . На их
месте возникали пашни , луга и пустоши. Произошла замена естественных
биогеоценозов на искусственные. В наше время воздействие человека на
биосферу очень разнообразно и глубоко.Часто - это небезвредное влияние :
загрязнение атмосферы , гидросферы приводят к накоплению вредных веществ
, что естественно скажется на будушем нашей планеты. В реферате быля
рассмотренны громадные временные сроки . В течении миллионов лет наша
планета оставалась нетронутой , а за очень короткий отрезок с ней
произошли громадные изменения .
Список используемой литературы:
1.Акимова Т.А. ,Хаскин В.В. “Основы экоразвития”
2. Войткевич “ Основы теории происхождения земли”
3.Николов “ Долгий путь жизни”
4.Казначеев В.П. “Учение Вернандского о биосфере и ноосфере”
5.”Экологически уроки прошлого и современность”.Л. Наука . 1991. |
