Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Билет 37,38,39
37
Земля имеет 6 оболочек: атмосферу, гидросферу, биосферу, литосферу, пиросферу и центросферу.
Атмосфера—внешняя газовая оболочка Земли. Ее нижняя граница проходит по литосфере и гидросфере, а верхняя—на высоте 1000 км. В атмосфере различают тропосферу (двигающийся слой), стратосферу (слой над тропосферой) и ионосферу (верхний слой).
Средняя высота тропосферы—10 км. Ее масса составляет 75% всей массы атмосферы. Воздух тропосферы перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.
Над тропосферой на 80 км поднимается стратосфера. Ее воздух, перемещающийся лишь в горизонтальном направлении, образует слои.
Еще выше простирается ионосфера, получившая свое название в связи с тем, что ее воздух постоянно ионизируется под воздействием ультрафиолетовых и космических лучей.
Гидросфера занимает 71% поверхности Земли. Ее средняя соленость составляет 35 г/л. Температура океанической поверхности — от 3 до 32 °С, плотность — около 1. Солнечный свет проникает на глубину 200 м, а ультрафиолетовые лучи — на глубину до 800 м.
Биосфера, или сфера жизни, сливается с атмосферой, гидросферой и литосферой. Ее верхняя граница достигает верхних слоев тропосферы, нижняя — проходит по дну океанских впадин. Биосфера подразделяется на сферу растений (свыше 500 000 видов) и сферу животных (свыше 1 000 000 видов).
Литосфера—каменная оболочка Земли—толщиной от 40 до 100 км. Она включает материки, острова и дно океанов. Средняя высота материков над уровнем океана: Антарктиды—2200 м, Азии—960 м, Африки—750 м, Северной Америки — 720 м, Южной Америки — 590 м, Европы — 340 м, Австралии — 340 м.
Под литосферой расположена пиросфера — огненная оболочка Земли. Ее температура повышается примерно на 1°С на каждые 33 м глубины. Породы на значительных глубинах вследствие высоких температур и большого давления, вероятно, находятся в расплавленном состоянии.
Центросфера, или ядро Земли, расположена на глуби не 1800 км. По мнению большинства ученых, она состоит из железа и никеля. Давление здесь достигает 300000000000 Па (3000000 атмосфер), температура— нескольких тысяч градусов, В каком состоянии находится ядро, пока неизвестно.
Огненная сфера Земли продолжает охлаждаться. Твердая оболочкой утолщается, огненная—сгущается. В свое время это привело к формированию твердых каменных глыб— материков. Однако влияние огненной сферы на жизнь планеты Земля все еще очень' велико. Неоднократно менялись очертания материков и океанов, климат, состав атмосферы.
Экзогенные и эндогенные процессы беспрерывно изменяют твердую поверхность нашей планеты, что, в свою очередь, активно влияет на биосферу Земли.
38
Верхняя граница биосферы очерчивается озоновым слоем, который своеобразным экраном защищает все живое от губительного воздействия ультрафиолетовой радиации. Нижняя граница очень изрезана: биосфера включает гидросферу суши и Мировой океан, на материках проникает в земную кору в среднем на 3-4 км. Поэтому можно сказать, что биосфера - это часть литосферы, атмосферы и гидросферы, заселенная живым веществом.
Биосфера существовала на протяжении практически всей геологической истории, поэтому нижняя граница биосферы сопрягается с областью "былых биосфер" - так В.И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосфер прошлых геологических периодов (накопления известняков, углей, горючих сланцев, осадочных пород).
Былые биосферы - документальное доказательство геологически длительного развития биосферы. По последним данным, в горных породах возрастом около 3,5-3,8 млрд лет уже встречаются остатки организмов разных видов и форм, т.е. возраст биосферы сравним с геологическим возрастом планеты.
Живое вещество распределено в биосфере неравномерно: на суше пространства, густо заселенные живыми организмами (тропики и субтропики), чередуются с менее заселенными территориями (холодные области, пустыни, высокогорья и т.п.). В океане наибольшей концентрацией живого вещества характеризуются шельфовые и прибрежные районы. При этом продуктивность приполярных водоемов (Баренцево, Беренгово, Охотское моря) может быть выше чем в экваториальных областях океана. В.И. Вернадский выделял две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки, занимающие огромные пространства (планктонная и донная пленки морей и океанов), и сгущения жизни, характерные для небольших территорий (небольшие водоемы, прибрежные отмели, рифы). Для остальной территории биосферы характерно "разрежение живого вещества". Однако это не означает, что в пределах биосферы есть совсем безжизненные пространства. В.И. Вернадский подчеркивал, что способность живого вещества к размножению приводит к распространению, "растеканию" живого вещества по поверхности планеты, обусловливает "всюдность жизни" и постоянное "давление жизни" на косную природу. Живое вещество с мгновенной скоростью захватывает все "незанятые", "оголенные" или временно вышедшие из-под "давления жизни" участки биосферы.
39.
1. Первый этап организации биосферы: господство бактериальных сообществ
Господство цианобактериальных сообществ на протяжении 3 млрд. лет сменилось взрывом таксономического биоразнообразия начиная с ордовика. До фанерозоя уединеные популяционные волны со свойствами солитонов поддерживали однообразие доминирования цианобактериальных сообществ в составе придонных и наземных матов. Распростанение бактериальных сообществ происходило как автоволна, имеющая определенную форму и скорость [2,3].
1.1 Автоволновые процессы в современных и вымерших популяциях организмов.
Нелинейные уединенные популяционные волны, имеющие определенную форму и скорость чрезвычайно редко проявляются в популяциях современных организмов. Но они сохраняются как реликтовые процессы в жизненных циклах некоторых архаических организмов - бактерий, амеб, миксомицетов. В специальных полевых экспериментах, проанализированных с помощью имитационной и аналитической моделей показано, [6,7], что уединенные популяционные волны насекомых - фитофагов подобно автоволне горения способны уничтожать на своем пути питательный ресурс на 100% ! При этом важно подчеркнуть, что подобное аномальное поведение насекомых никогда не проявляется в природных сообществах первичного ареала фитофага. Феномен возникновения такой необычной популяционной волны возникает только при интродукции специализированного фитофага в нарушенный заносным сорным растением ценоз. Подобные сорняки -турбаторы блокируют естественный ход сукцессионных процессов и резко упрощают структуру ценоза, тем самым способствуя проявлению необычной “реликтовой” автоволны. Уединенная популяционная волна (УПВ) насекомых, которая подобно волне горения полностью уничтожает на своем пути кормовое растение, может служить моделью распространения цианобактериальных сообществ и характера их взаимоотношения с другими организмами. Так, разными авторами предполагается, что водная среда вокруг дофанерозойских матов была токсичной для любых других форм жизни [9]. Маты, расположенные на невысоких пенепленах протоплатформ контролировали состав гидросферы. Играя роль фильтров в палеобассейнах, они препятствовали накоплению как неорганических, так и органических компонентов, т.е. задерживали эволюционное развитие других организмов, полностью используя биогенные элементы [2,3]. Так, например, появление эукариот относят уже ко времени ок. 2 млрд. лет, но взрыв их таксономического разнообразия задержался почти на 1.5 млрд. лет и впервые отмечен в венде (650 млн. лет назад). Только резкие климатические изменения (самые продолжительные позднепротерозойские "ледниковые периоды"), гренвильский тектогенез и появление холодноводности привели к разрушению цианобактериальных сообществ и способствовали развитию в венде новых форм жизни. Но даже эдиакарская фауна, этот первый взрыв биоразнообразия, оказалась все же своеобразным тупиком в эволюции биосферы.
Только после продолжительного (25 млн. лет) оледенения Пангеи в ордовике начался скачкообразный переход к прогрессирующему таксономическому биоразнообразию.
На самом длительном этапе существования биосферы литифицированные поверхности матов с плотным покровом хлорофилла создавали своеобразную пленку на поверхности кратонов. Периодическая гибель матообразующих сообществ в течение активизации магматических процессов и восстановление их жизнедеятельности происходило в ничтожно малые сроки генезиса континентальных платформ, что следует из математической модели УПВ [3].
Очень существенны следующие два обстоятельства. Во-первых, достоверно определяемые цианобактерии нижнего протерозоя почти не отличимы от современных форм. Таким образом, эволюционный процесс как бы исключается в жестко структурированных системах матов на протяжении по меньшей мере, 2 млрд. лет!
Во - вторых, локальное доминирование цианобактериальных матов периодически возвращалось в периоды крупнейших биосферных кризисов в течение фанерозоя. Эти кризисы в значительной степени связаны с воздействием внешних космических факторов, связанных с особенностью движения солнечной системы в течение галактического цикла (217 млн. лет).
1.2 Дискуссионные вопросы происхождения цианобактерий.
Обнаружение структур, напоминающих цианобактерии в метеорите с Марса [10] и в углистых хондритах [1], разумеется, не могут служить строгим доказательством того, что это следы бактерий. В то же время, возрастающий прогресс в исследовании архейских форм строматолитов позволяет предположить, что цианобактериальные сообщества появились раньше, чем датируются находки земных фоссилий. Углистые хондриты с возможными следами жизни древнее всех известных на Земле пород - 4.5 -4.6 млрд. лет. Один из двух исследованных образцов хондритов с предполагаемыми следами бактерий - из Ефремовки (Республика Казахстан) [1]. Авторы палеореконструкции находят сходство структур в этом образце с земными нитчатыми цианобактериями из родов Oscillatoria и Microcoleus.
Если находки в будущем подтвердятся, то можно представить, что сообщества были занесены с хондритами из космоса, а не зародились на Земле. На современном уровне невозможно обнаружить в фоссилиях следы начальных этапов формирования жизни на Земле. По-видимому, только дальнейшие исследования марсианских пород смогут подтвердить или опровергнуть гипотезу распространения цианобактерий в Солнечной системе. Тем более, что существуют доказательства, что первоначально три планеты земной группы (Венера, Марс, Земля) были во многом похожими, обладали близким минеральным составом и сходным составом атмосфер; при этом палеоклимат Марса был достаточно теплым для наличия жидкой воды [8].
2. Фанерозойский взрыв таксономического биоразнообразия
Тенденция использования простых моделей, заимствованных из физики для описания эволюционных процессов, стало особенно заметной тенденцией в последние годы. Этому способствовало бурное развитие синергетики и прогресс в анализе сложной динамики открытых нелинейных систем.
Первые попытки универсального взгляда на эволюцию биосферы, как на самоорганизующуюся систему представлены в работах физиков П.Бака и К. Снеппена [12], использующих понятие “самоорганизующейся критичности”. Сходную концепцию развивает Стюарт Кауффман [13], согласно которому биологические системы существуют в динамически устойчивом состоянии на границе между хаотическим режимом и жестко упорядоченным статическим состоянием. Состояние “на краю хаоса”, в которое система спонтанно переходит в процессе эволюции (“самоорганизующаяся критичность”) характеризуется типичными синергетическими свойствами - согласованностью локальных и глобальных процессов, интенсивным согласованным взаимодействием компонент и др. Более того, на моделях показано, что в таком состоянии система обладает наибольшей лабильностью и способностью к эволюционным изменениям (evolvability).
Иссследуя свою модель, П.Бак и К.Снеппен показали, что статистическая вероятность флуктуаций в системе, пребывающей в состоянии самоорганизующейся критичности, и амплитуда флуктуаций подчиняются простому убывающему степенному закону, как интенсивность лавин в куче песка.
Модель П.Бака и К.Снеппена вписалась в концепцию “прерывистого равновесия” Голда и Элдриджа [11,14]. На конкретном палеонтологическом материале, показано что эволюция биоты происходит в виде чередования длительных квазиупорядоченных состояний и более кратких лавинообразных процессов разрушения по указанному степенному закону. Кризисы сопровождаются массовыми вымираниями видов и целых таксонов. В последующие периоды биоразнообразие восстанавливается. Однако данная физикалистская модель хорошо описывает статистику кризисных явлений в биосфере только начиная с фанерозоя.
Узость концепции прерывистого равновесия, равно как и физикалистских моделей реализующих ее заключаются в том, что они базируются на статистике кризисных явлений после кембрия. Например, С. Кауффман [13] приравнивает фанерозойский взрыв к одному из них. Но это в корне неверно, как показано нами выше.
Наш основной тезис заключается в констатации фундаментального изменения всей организации биосферы в начальный период фанерозоя. Фактически, следует говорить о существовании совершенно различных типов организации биосферы в различные этапы ее развития. Каждый этап имеет свои особые механизмы эволюции и системные характеристики. Так как до кембрия и после него биосфера и вся планетарная система в корне различались по своей организации, то распространять закономерности фанерозоя на докембрийский этап нельзя в принципе. Поэтому модель самоорганизущейся критичности - это всего лишь инвариант качественной динамики систем фанерозоя, но не модель развития и изменения биосферы за весь период ее существования.
Суть нашей концепции заключается в том, что каждая устойчивая организация биосферы обладает консервативностью и имеет собственные механизмы самосохранения. Царившие до фанерозоя цианобактериальные сообщества реализовывали механизмы самосохранения, используя стратегию уединенных популяционных волн, то есть имитируя физические свойства распространяющейся волны пожара, уничтожающей все на своем пути. Хотя подобная стратегия оказалась эффективной и устойчивой на протяжении 3 млрд. лет, изменение климата, произошедшего не без участия самих матообразующих сообществ, в конце концов разрушило империю цианобактерий и открыла дорогу совершенно новой многоуровневой организации биосферы в фанерозое. Мощным импульсом и движущей силой формирования многоуровневых систем явился симбиогенез, резко усложнивший функции организмов и способствовавший возникновению сложных кооперативных явлений в надорганизменных системах. Начинает раскручиваться спираль кооперативных процессов сложных жизненных циклов и своего рода “гиперциклов” реализущихся в сукцессионных системах [2,15]. Свойства самосохранения этих новых систем связаны не только с ростом таксономического биоразнообразия, но и потенцальной эволюционной способности (evolvability) т.е способности быстро перестраивать свою структуру и порождать новые виды. При этом основные организационные принципы биосферы остаются неизменными вплоть до следующего резкого изменения ее глобальной организации.
3. Последний этап эволюции биосферы: деградация экосистем, разрушение сообществ и сукцессионных систем
Наконец, третий этап эволюции биосферы тесно связан с разрушительной деятельностью человека, опустыниванием и загрязнением среды. Фактически появление человека знаменует новый этап эволюции биосферы.
Весьма существенно, что обнаруживается удивительная связь эволюции человека с физическими параметрами среды: анцестральный ареал и центр наибольшего видового разнообразия сем. Hominidae в Северо-Восточной Африке представляет собой территорию с максимумом суммарной солнечной радиации на Земле - 220 ккал/см.2 * год.[5]. Такие величины, хотя и несколько меньше этого максимума, свойственны только пустынным областям континентов. Но именно с подобными распределениями наибольших значений величин суммарной солнечной радиации связано происхождение основных центров земледелия, скотоводства и ранних цивилизаций ( Сев.-Вост. Африка и Передняя Азия, Китай, Центральная и Южная Америка) [5].