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
20
PAGE 16
Дистанционное обучение
Установочный материал
по курсу «Концепции современного естествознания»
(на основе рабочей программы от 2002 г. ГОС-2000)
Контрольные работы выполняются по темам, изложенным в методических пособиях по КСЕ от 2002 или 2003 года издания. Каждая работа содержит 2 темы ( например, “Теория Большого взрыва” и “Гипотезы о возникновении жизни на Земле”). Объём работы произволен – на уровне объёма среднего реферата, где каждая тема должна быть изложена по возможности кратко, но без ущерба для содержания раскрываемой темы. Оформление работы возможно или в обычной тонкой тетради или на листах формата А4.
Темы контрольных работ разбиты по вариантам с различными номерами. Каждый студент находит номер своего варианта по последней цифре номера своей зачетной книжки ( например, номер книжки 1002345 означает, что номер варианта равен 5, если же последняя цифра номера зачетной книжки - 0 , то следует выполнять вариант номер 10 ).
Для выполнения контрольной работы студенты могут использовать как любой из многочисленных учебников со стандартным названием “Концепции современного естествознания” (авторами подобных учебников являются Дубнищева Т.Я., Карпенков С.Х., Горелов А.А., Потеев М.И., Хорошавина С.Г. и т.д. ), так и научно-популярные брошюры, книги , связанные с темами данного конкретного варианта работы – их поиск студенты осуществляют самостоятельно, например, по тематическому каталогу какой-либо библиотеки.
Концепции современного естествознания ( КСЕ ) – общеобразова-тельная дисциплина, содержащая популяризированное описание окружающей нас природы с точки зрения современных естественных наук ( физики, химии, биологии, психологии, математики - любая конкретная научная дисциплина является или частью перечисленных выше наук, или их симбиозом ).
КСЕ состоит из следующих разделов :
Современные сведения о природе получены в рамках естественных наук с помощью экспериментальных исследований природных явлений с последующим теоретическим их осмыслением.
Эксперименты проводятся обязательно с применением приборов, т.к. органы чувств человека дают нам субъективную информацию о окружающем мире и могут ввести нас в заблуждение.
Эксперимент дает пищу для теоретических изысканий, в свою очередь, теория часто подсказывает экспериментаторам дальнейшее направление их исследований.
Математика – это неотъемлемая часть естествознания, присутствующая во всех естественных науках ( ведь везде надо что-то считать…). Как теоретическая дисциплина, математика неоднократно предвосхищала как наличие, так и разрешение проблем, возникающих перед физической наукой ( например, математики давно научились работать в многомерных пространствах, что весьма помогло физике, когда она сама столкнулась с проблемой многомерных миров ).
Естествознание условно разделяет Мир по нескольким масштабам его рассмотрения. Это масштабы – Метагалактики, галактик, звезд, планетных систем, отдельных планет, объектов на планете, микромир атомов и молекул, мир элементарных частиц.
Материя в нашей Вселенной может быть разделена на вещество и поле: вещество – это всё, что состоит из элементарных частиц, атомов и молекул; поля – другая разновидность вещества, представленная гравитационным, электромагнитным, внутриядерным и слабым полями.
Любое вещество всегда окружено полями, поля же обеспечивают целостность самих объектов вещества ( например, электрическое поле удерживает вместе в атоме его положительно заряженное ядро и отрицательно заряженные электроны его электронных оболочек ).
Поля создаются: гравитационное – массой вещества;
электромагнитное – электрическими зарядами;
слабое и сильное – частицами в атомном ядре;
Наша Вселенная имеет конечный возраст своего существования, равный примерно 15 миллиардов лет. Появилась Вселенная из загадочной для современной науки ТОЧКИ путем её взрыва – отсюда название этой теории : Большой Взрыв. Изначальным веществом были частицы и античастицы, возникшие в первые мгновенья существования вселенной. Но эти частицы тут же взаимно уничтожились при контакте друг с другом ( аннигиляция ) с рождением при этом лучей света, осветивших Вселенную и чрезвычайно разогревших остатки частиц вещества, не подвергшихся процедуре аннигиляции ( «горячая» Вселенная). Эти оставшиеся частицы (древние частицы), после множества взаимных превращений, “успокоились” на их современном нам наборе ( открыто несколько сот видов частиц). Вселенная же, при дальнейшем её расширении, постепенно остывала ( всё расширяющееся всегда остывает) до её современноё средней температуры вещества, около 3 градусов Кельвина ( -270 градусов Цельсия).
Из элементарных частиц образовались во Вселенной первые атомы – огромные облака водорода и гелия. Из этих облаков тяготение сформировало первые звезды и газообразные планеты вокруг звезд.
Первое поколение звезд завершило свою жизнь взрывами, заполнив при этом Вселенную, синтезированными при взрывах, атомами всей таблицы Менделеева. Второе и третье поколения звезд и планет содержали уже не только водород и гелий, но и все остальные химические элементы ( например, наши Солнце и Земля ).
Звезды оказались собраны тяготением в скопления, называемые галактиками. В составе галактик может быть до двух-трех сотен миллиардов звезд ( с окружающими их планетами ).
Размер нашей галактики огромен – луч света летит от края до края галактики около 100 000 лет. Среднее расстояние между звездами составляет 10 световых лет. Луч света летит от Солнца до самой далекой его планеты Плутона десятки минут.
Солнечная система насчитывает 9 планет ( если считать и Плутон, но по современной классификации, Плутон вычеркнули из списка планет, перенеся его в разряд более мелких планетоидов – т.е. планет сейчас считается 8, а не 9), не считая десятков их спутников, пояс космических глыб и камней – пояс астероидов, а также огромное облако ( на границах солнечной системы ) из ледяных глыб замерзшей воды и газов (облако Орта). Когда последние , двигаясь по эллиптической орбите, подлетают близко к Солнцу ( в пределах внутренних планет Солнечной системы ), то испаряющееся вещество ледяных глыб ( под действием нагрева со стороны Солнца ) образует газовый шлейф за глыбой – рождается комета.
Все тела состоят из атомов, а сами атомы из элементарных частиц. Устройство атома: в центре его крохотное положительно заряженное ядро ( но почти вся масса атома сосредоточена в этом ядре ), а вокруг ядра располагаются электронные оболочки в виде облаков своеобразного электронного газа. Форма этих оболочек может быть различной – сферическая, крестообразная, гантелеобразная.
Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов. Массы этих частиц почти одинаковы ( и примерно в 1000 раз больше массы электрона ), а по электрическому заряду эти частицы различны – нейтрон электрически нейтрален, протон положительно заряжен. Удерживаются вместе эти частицы благодаря взаимному притяжению при помощи сильного поля ( присутствует только в атомном ядре).
Размер атома – около 10-10 м. Размер атомного ядра – около 10-14 м.
Физико-химические свойства атомов зависят, среди прочего, от того, как заполнены электронами его электронные оболочки. Если во внешней оболочке всего один электрон, то такой атом будет химически активен, стремясь вступить в химсоединение с другим атомом с отдачей ему этого единственного электрона ( примером служит натрий ). Если же во внешней электронной оболочке недостает одного электрона до её полного заполнения, то это химически активный атом другого типа: он стремится получить от другого атома ( с которым вступает в химическую связь ) недостающий ему электрон ( примером служит хлор ). Атомы с промежуточным заполнением электронной оболочки ( между натрием и хлором ) химически менее активны и не проявляют яркого стремления ни к отдаче, ни к приему электронов от других атомов ( примером служит углерод или медь ). Атомы с полностью заполненными электронными оболочками химически инертны – ни с кем не вступают в химические реакции ( это инертные газы, например, гелий или аргон, а также благородные металлы, например, золото ).
Молекулы, образованные атомами неисчислимы по разнообразию и степени сложности – от простейшего соединения О2 до сложнейшей молекулы ДНК длиной до 10 см ! Состав и геометрия молекул определяют свойства вещества, составленного из них.
В начале двадцатого века были открыты химические реакции особого типа – они могли идти между химическими веществами только в присутствии небольших количеств, так называемых, катализаторов .
Катализаторы позволяют управлять химической реакцией ( по крайней мере, запускать её ). В живых организмах именно так идет управление большинством химических реакций. Научится этому у живой природы – задача современной каталитической химии.
Живые организмы – сложнейшие создания природы. Поэтому их изучение необычайно сложно. Современные физика и химия дают в руки биологам новейшие средства исследования живого ( например, электронный микроскоп или “хитрые” химические реагенты ).
Конечная задача биологии ( вероятно, недостижимая ) – узнать , чем живое отличается от неживого. Оказалось, что нет ни одной черты у живого, которую нельзя было бы найти в неживой природе !
Минимальное живое существо – это клетка ( вирусы вряд ли можно отнести к живым существам, т.к. это просто сложная белковая молекула, которая не может даже сама размножаться – для этого ей требуется помощь клетки, которая за счет своего вещества ( погибая при этом ) строит новые поколения вируса. Вирусы ведут себя как живые существа, но не являются таковыми ( аналогично компьютерные вирусы тоже ведут себя как живые и даже разумные, хотя, конечно, таковыми не являются – это просто компьютерная программа ).
Все живое на Земле делится на три группы : растения, животные и грибы.
Исторически все многообразие нынешней жизни произошло эволюционным путем из одноклеточных существ, появившихся на Земле 4 миллиарда лет назад.
Гипотезы о возникновении жизни на Земле:
А) Жизнь на Земле сотворил Бог ;
Б) Жизнь самозародилась на Земле из неживой природы;
В) Жизнь пришла на землю из космоса ( бактерии на метеоритах или космических пылинках ).
Вариант (А) естествознание не рассматривает – это область для религии; вариант (Б) был детально разработан академиком Опариным,
но экспериментальные проверки этой теории не дали в должной мере положительного результата; вариант (В) высказан также нашим ученым Вернадским ( в одно время с Опариным ) и имеет под собой некие основания, т.к. в метеоритах действительно находят остатки органических молекул, а несколько лет назад найдены и остатки внеземных бактерий !
Всё живое на Земле взаимосвязано – биосфера. Все живые существа зависят друг от друга ( причем, чем более высокоразвитое существо – тем больше его зависимость от всех других ).
Человек –составная часть биосферы, зависит от её состояния, но пока недостаточно полно это осознаёт. Отсюда возникают и вредные воздействия на биосферу со стороны человека и соответствующие экологические проблемы.
Происхождение человека на Земле до конца не выяснено. Традиционно считается ( хотя это строго так и не доказано ), что он произошел от обезъяноподобных приматов эволюционным путем.
Возраст человека как вида оценивают, примерно, в 2 миллиона лет.
Возраст человека, как представителя цивилизации еще меньше – несколько сот тысяч лет ( когда появилось искусство – росписи на стенах пещер и т.д., когда появились элементы религии, т.е. духовной жизни и т.д. ).
Мозг – носитель нашего разума. Мозг – это живой компьютер, а разум – это некая сверхсложная программа, загруженная в мозг. Содержание этой программы пока недоступно науке. Ясно лишь, что разум – это явление коллективное, социальное. Биологически здоровый человек, но выросший вне контактов с другими людьми ( аналог Маугли), не становится разумным существом ! Разум не является врожденным свойством человека, генетической программы такого рода наука не знает.
На сознание человека влияют многие факторы – семья, знакомые, коллеги, социальная принадлежность, биологические факторы человека.
В последнее время отмечается новый сильнейший фактор, влияющий на сознание человека – средства массовой информации, часто более сильно действующие, чем все остальные факторы вместе взятые. Отсюда возникает проблема информационного загрязнения окружающей среды (информация негативного, разлагающего, развращающего характера )
Общий итог для дисциплины КСЕ – она не рассматривает содержание всех естественных наук подробно, как это делается в их собственных рамках. КСЕ рассматривает лишь наиболее крупные, важные для мировоззрения человека научные положения с целью получить цельный, интегрированный взгляд на природу, как на единый объект с бесконечным многообразием взаимосвязей в ней и определить место в природе для самого человека.
Ниже приведен официальный тезаурус ( словарь ) терминов дисциплины КСЕ с их расшифровкой. Данный словарь полезен для детального ознакомления с тематикой данной дисциплины, для поиска более обширной информации в справочной, энциклопедической литературе.
1-01. Научный метод познания
Методология— учение о принципах построения, формах и способах научного познания.
Свойства научного знания: - объективность, достоверность, точность, системность
Эмпирическое и теоретическое познание :- эмпирическое познание основано на опыте, данных экспериментов, теоретическое опирается на данные экспериментов и на систему идей, гипотез
Методы научн. познан.: - наблюдение, измерение, индукция, дедукция, анализ, синтез, абстрагирование, моделирование, эксперимент
Гипотеза:- предположительное суждение о закономерной (причинной) связи явлений; форма развития науки.
Требования к научным гипотезам:- соответствие эмпирическим фактам, проверяемость
Научная теория:- форма научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях действительности.
Область применимости теории: - ограничена теми рамками, которые возможны для её экспериментальной проверки и набором выводов из постулатов теории
Принцип соответствия:- новая теория, претендующая на более широкую область применимости, чем старая, должна включать последнюю как предельный случай.
1-02. Естественнонаучная и гуманитарная культуры
Естествознание :- комплекс естеств. наук о природе
Дифференциация наук:- узкая специализация наук по объектам и методам их исследования, например, физика, химия, биология (в пределах каждой науки своя дифференцация, например, физика плазмы или оптика…)
Интеграция наук:- объединение, взаимопроникновение разных наук с их методами исследований для изучения общего для них объекта исследования ( примеры – биофизика, биохимия, физическая химия, геология, астрономия, криминалистика, математическая физика…)
Гуманитарные науки:- обращены к человеческой личности, не имеют эксперимента, их знание субъективно
Гуманитарно-художественная культура, её основные отличия от научно-технической:
- субъективность, нестрогий язык, интерес к частностям изучаемых предметов, сложность проверки
Математика: - язык естествознания
Псевдонаука: -имитация научной деятельности
Отличительные признаки псевдонауки: - фрагментарность, некритический подход к исходным данным, невосприимчивость к критике, отсутствие общих законов, неверифицируемость псевдонаучных данных
1-03. Развитие научных исследовательских программ и картин мира
Научная программа: - программа исследования Мира с целью получить некое его целостное понимание
Древняя Греция: -появление программы рационального объяснения мира
принцип причинности в первоначальной форме:- (каждое событие имеет естественную причину) и его позднейшее уточнение:- (причина должна предшествовать следствию)
Атомистическая исследовательская программа Левкиппа и Демокрита: - всё состоит из дискретных атомов; всё сводится к перемещению атомов в пустоте
Континуальная исследовательская программа Аристотеля:- всё формируется из непрерывной бесконечно делимой материи, не оставляющей места пустоте
Взаимодополнительность атомистической и континуальной исследовательских программ:- обе коснулась части истины, вместе они дают более полное представление о природе
Научная (или натурфилософская) картина мира :- образно-философское обобщение достижений естеств. наук
Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная (или натурфилософская) картина мира:- о материи, о движении, о взаимодействии, о пространстве и времени, о причинности, акономерности и случайности, о космологии (устройство и происхожд. мира)
Натурфилософская картина мира Аристотеля:- Вселенная конечна; все имеет свою причину и цель; постигать природу математикой невозможно; физические законы не имеют всеобщего характера; природа выстроена по иерархической лестнице; следует не объяснять мир, а классифицировать его составляющие с научной точки зрения.
Научные картины мира:- механическая, электромагнитная, неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная
1-04 Развитие представлений о материи
(1 этап) - Фалес:- проблема поиска первоначала , Все многообразие явлений и вещей он сводил к единой основе-первоначалу, которым Фалес считал воду ( жил ок. 640 — ок. 546), древнегреческий философ и ученый, основатель так называемой ионийской (милетской) школы, родоначальник античной философии и науки)
Абстракция материи:- вещество; субстрат, субстанция; содержание. Понятие материи как субстрата вещественного мира было выработано в греческой философии в учениях Платона и Аристотеля, при этом материя понималась как неоформленное небытие (meon), чистая потенция
(2 этап) - Механическая картина мира:- материя – есть вещество, состоящее из дискретных корпускул
(3 этап) - Электромагнитная картина мира:- две формы материи — вещество и электромагнитное поле
Волна:- распространяющееся возмущение физического поля
Эффект Доплера:- зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн
(4 этап) - Современная научная картина мира: три формы материи :— вещество, физическое поле, физический вакуум
1-05. Развитие представлений о движении
------------- (Античность и средневековье)------------
Гераклит: -идея безостановочной изменчивости вещей
Учение Аристотеля о движении:- движение есть атрибут материи , есть разнообразные формы движения
------------- (Новое время – 17_19 века)------------------
Механическая картина мира:- единственная форма движения — механическое перемещение
-------------- (19 век, начало 20 века)--------------------
Электромагнитная картина мира:- движение — не только перемещение зарядов, но и изменение поля (распространение волн)
-----------------Современность)------------------
Понятие состояния системы:- совокупность данных, позволяющих предсказать дальнейшее поведение системы
Движение как изменение состояния
Химическая форма движения:- химический процесс
Биологическая форма движения: -процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы
Современная научная картина мира:- эволюция как универсальная форма движения материи, многообразие форм движения, качественно различных и не сводимых друг к другу
1-06. Развитие представлений о взаимодействии
Представления Аристотеля о взаимодействии (античность):- одностороннее воздействие движущего на движимое; первоначальная форма концепции близкодействия (передача воздействия только через посредников)
Механическая картина мира (17-19 века):
- концепция взаимодействия (третий закон Ньютона),
- открытие фундаментального взаимодействия (зак. тяготен.),
- принятие концепции дальнодействия (мгновенной передачи взаимодействия через пустоту на любые расстояния)
Электромагнитная картина мира (19 - 20 века):
-- открытие второго фундаментального взаимодействия (электромагнитное взаимодействие),
- возврат к концепции близкодействия (взаимодействие передаётся только через материального посредника, т.е. физического поле , причем с конечной скоростью),
- полевой механизм передачи взаимодействий (заряд создаёт соответствующее поле, которое действует на иные заряды)
Современная научная картина мира (20-21 в.):-
- четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое)
- квантово-полевой механизм передачи взаимодействий (заряд испускает виртуальные частицы-переносчики соответствующего взаимодействия, поглощаемые другими аналогичными зарядами)
- частицы-переносчики взаимодействий (фотоны, гравитоны, глюоны, промежуточные векторные бозоны)
Фундаментальные взаимодействия - масштаб
- микромир (сильное, слабое и электромагнитное)
- макромир (электромагнитное)
- мегамир (гравитационное)
2. Пространство, время, симметрия
2-01. Принципы симметрии, законы сохранения
Понятие симметрии в естествознании:- инвариантность (т.е. неизменность) относительно тех или иных преобразований
Нарушенные симметрии :- неполные симметрии
Эволюция как цепочка нарушений симметрии
Простейшие симметрии: - однородность (одинаковые свойства во всех точках)
- изотропность (одинаковые свойства во всех направлениях)
Симметрии пространства и времени:- однородность пространства- однородность времени- изотропность простр-ва
Анизотропность времени:- т.е. оно идет только в одну сторону – только в будущее (в прошлое никогда)
Теорема Нётер:- общее утверждение о взаимосвязи симметрий с законами сохранения
Закон сохранения энергии, материи, электр. заряда :- следствие однородности времени
Закон сохранения импульса (количества поступательного движения) :-следствие однородности пространства
Закон сохранения момента импульса (количества вращательного движения) :- следствие изотропности пространства
2-02. Эволюция представлений о пространстве и времени
Пространство: — форма сосуществования материальных объектов и процессов (характеризует структурность и протяженность материальных систем)
Время: — форма и последовательные смены состояний объектов и процессов (характеризует длительность их бытия).
(Античность)-------------------------------------------------
Понимание пространства как самостоятельной сущности;
пространство как категория места, время как мера движения у Аристотеля
(Новое время – 17_19 века)------------------------------
Абсолютные пространство и время Ньютона
Классический закон сложения скоростей как следствие ньютоновских представлений об Абсолютном пространстве и Абсолютном времени
(Конец 19 – начало 20 веков)
Концепция мирового эфира ( эфир как материальный носитель электромагнитных волн – света)
(Современность)
Понимание пространства и времени как системы отношений между материальными телами;
изменение пространственных и временных промежутков при смене системы отсчёта у Эйнштейна;
Нарушение классического закона сложения скоростей в опыте Майкельсона-Морли;
Современная научная картина мира:
- отказ от идеи Абсолютных пространства и времени, мирового эфира и других выделенных систем отсчета
- признание тесной взаимосвязи между пространством, временем, материей и её движением
2-03. Специальная теория относительности
(описывает только равномерное движение)
Принцип относительности Галилея:- применен в классич. механ. Ньютона, устанавливает, что во всех инерциальных системах отсчета любой механич. процесс протекает одинаково , в частности, движение относительно, покой и движение качественно неразличимы
Принцип относительности (1 постулат Эйнштейна): законы природы инвариантны относительно смены системы отсчёта
Инвариантность скорости света (2 постулат Эйнштейна):-скорость света одинакова для всех наблюдателей , не зависит от их движения относительно луча света
Постулаты Эйнштейна :- проявление симметрий пространства и времени
Основные релятивистские эффекты - относительность одновременности
- относительность расстояний
-относительность промежутков времени
- инвариантность пространственно-временного интервала
- инвариантность причинно-следственных связей
- единство пространства-времени
- эквивалентность массы и энергии
Соответствие СТО и классической механики: их предсказания совпадают при малых скоростях движения
2-04. Общая теория относительности
(описывает любое движение и многое прочее…)
Общая теория относительности (ОТО): распространение принципа относительности на неинерциальные системы отсчета ( неравномерное движ.)
Принцип эквивалентности: ускоренное движение неотличимо от покоя в гравитационном поле
Взаимосвязь материи и пространства-времени: материальные тела изменяют геометрию пространства-времени, которая определяет характер движения матер. тел
Соответствие ОТО и классической механики: их предсказания совпадают в слабых гравитационных полях
Эмпирические доказательства ОТО:- отклонение световых лучей вблизи Солнца, замедление времени в гравитационном поле, смещение перигелиев планетных орбит
3. Структурные уровни и системная организация материи
3-01. Микро-, макро-, мегамиры
Вселенная в разных масштабах: микро-, макро- и мегамир
Критерий разделения на микро-, макро- и мегамир: соизмеримость с человеком (макромир) и несоизмеримость с ним (микро- и мегамир)
Основные структуры микромира: элементарные частицы, атомные ядра, атомы, молекулы
Основные структуры мегамира: планеты, звёзды, галактики
Единицы измерения расстояний в мегамире: астрономическая единица (среднее расстоянию Земли от Солнца. 1 а. е. = 149,6 млн. км.), световой год (путь, который свет проходит за год, т. е. 9,46*1012 км.), парсек (1 пк = 206 265 а. е. = 3,263 светового года = 3,086*1016 м.).
Звезда :- небесное тело, в котором естественным образом происходили, происходят или с необходимостью будут происходить реакции термоядерного синтеза
Атрибуты планеты:
- не звезда, - обращается вокруг звезды (например, Солнца)
- достаточно массивно, чтобы под действием собственного тяготения стать шарообразным и своим тяготением расчистить пространство вблизи своей орбиты от других небесных тел
Галактики — системы из миллиардов звёзд, связанных взаимным тяготением и общим происхождением
Наша Галактика, её основные характеристики:
- гигантская (около 200 млрд звезд), - спиральная,
- диаметр около 100 тыс. световых лет
Пространственные масштабы Вселенной: расстояние до наиболее удалённых из наблюдаемых объектов более 10 млрд. световых лет
Метагалактика:- лишь видимая часть Вселенной (т.е. есть еще и невидимая часть, Метагалактика меньше чем Вселенная)
3-02. Системные уровни организации материи
Целостность природы:- всё в природе взаимосвязано, взаимозависимо, не изолировано друг от друга
Системность природы:- это огромнейшая система взаимодействующих элементов, объектов, систем из объектов
Аддитивные свойства систем (аддитивность): значение величины, соответствующее целому объекту, равно сумме значений величин, соответствующих его частям
Интегративные свойства систем :-система не сводится к простой механической сумме её частей, т.к. связи между частями придают системе качества, которых нет ни у одной её части Совокупности, не являющиеся системами:- это наборы тел, взаимодействием между которыми можно пренебречь, пример - созвездия (участки звёздного неба, содержащие группы звёзд с характерным рисунком ) и др.
Иерархичность природных структур как отражение системности природы: одни структуры могут быть составной частью других, более крупных структур (иерархия структур, они вложены друг в друга как матрешки, пример вложенных структур - биологическая ткань-орган-организм)
Иерархические ряды природных систем ( от меньшего к большему):
- физических (фундаментальные частицы — составные элементарные частицы - атомные ядра - атомы - молекулы — макроскопические тела)
- химических (атом - молекула - макромолекула - вещество)
- астрономических (звёзды с их планетными системами — галактики — скопления галактик — сверхскопления галактик, метагалактика, Вселенная)
3-03. Структуры микромира
Элементарные частицы:- мельчайшие известные частицы физической материи
Фундаментальные частицы –те, что по современным представлениям, не имеют внутренней структуры и конечных размеров (например, кварки, лептоны), из них сложены другие (составные) частицы, таковых большинство их нескольких сотен известных частиц
Частицы и античастицы:-отличаются друг от друга только знаком заряда ( а всё остальное одинаково) или спина ( спин можно приближенно рассматривать как характеристику вращения частицы в роли маленького волчка)
Классификация элементарных частиц:- по массе: с нулевой массой (фотон); лёгкие (лептоны); тяжёлые (адроны)
- по времени жизни: стабильные (протон, электрон, нейтрино), нестабильные (свободный нейтрон и резонансы )
Взаимопревращения элементарных частиц:- распады на более легкие частицы , рождение новых частиц при столкновениях, аннигиляция ( это исчезновение частицы и античастицы при их столкновении с образованием при этом вспышки света – фотонов)
Возможны любые реакций элементарных частиц, не нарушающие законы сохранения (энергии, заряда и т.д.)
Вещество есть совокупность корпускулярных структур (иерархичных):- кварки — нуклоны — атомные ядра — атомы с их электронными оболочками
Размеры и масса ядра в сравнении с атомом: размер атомного ядра около 10-15 м, размер атома около 10-10 м, масса ядра практически равна массе атома
3-04. Химические системы
Атом:- мельчайшая частица химического элемента, сохраняющая его свойства.
Изотопы:- разновидности химических элементов, у которых ядра атомов отличаются числом нейтронов, но содержат одинаковое число протонов и поэтому занимают одно и то же место в периодической системе элементов.
Невозможно классически описать поведение электронов в атоме;
Дискретность электронных состояний в атоме: - электронам разрешен только некий набор энергий в атоме (энергии Е1, Е2, Е3, ……) , т.е. это квантование энергий и, аналогично, импульсов, орбит и т.д.
Переходы электронов между электронными состояниями как основные атомные процессы (возбуждение и ионизация) :- переходы идут скачком, практически мгновенно. Переход на более высокую энергию – возбуждение, вообще отрыв электрона от атома - ионизация
Химический элемент:- совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра.
Молекула:- микрочастица, образованная из атомов и способная к самостоятельному существованию.
Вещества: простые и сложные (соединения): вид материи, который обладает массой покоя (элементарные частицы, атомы, молекулы и др.). В химии вещества принято подразделять на простые, образованные атомами одного химического элемента, и сложные (химические соединения).
Катализаторы:- вещества, ускоряющие химические реакции. Вещества, замедляющие реакции, называются ингибиторами.
Биокатализаторы (ферменты) : специфические белки, увеличивающие скорость химических реакций в клетках всех живых организмов. Ферменты — самые активные среди всех катализаторов.
Полимеры: вещества, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся звеньев; Полимеры делят на природные, или биополимеры (белки, нуклеиновые кислоты, натуральный каучук), и синтетические (полиэтилен, полиамиды, эпоксидные смолы)
Из биополимеров построены клетки всех живых организмов.
Мономеры : вещество, молекулы которого способны реагировать между собой или с молекулами др. веществ с образованием полимера. Важнейшие мономеры — этилен, пропилен, изопрен, винилхлорид, стирол, бутадиен, фенол.
3-05. Особенности биологического уровня организации материи
Системность живого:- любое живое есть набор сложнейших тесно взаимосвязанных систем
Иерархическая организация живого: клетка – единица живого
Иерархическая организация природных биологических систем:
биополимеры – органеллы – клетки – ткани – органы – организмы – популяции – виды
Иерархическая организация природных экологических систем (от меньшего к больш.):
особь – популяция – биоценоз – биогеоценоз – экосистемы более высокого ранга (саванна, тайга, океан) – биосфера)
Химический состав живого: элементы-органогены, микроэлементы, макроэлементы,
Химический состав живого: атом углерода – главный элемент живого, его уникальные особенности:
- способность атомов связываться друг с другом с образованием разнообразных структур, являющихся несущей основой органических молекул
- способность связываться с другими атомами близких радиусов (кислородом, азотом, серой) с образованием менее прочных связей , которые обусловливают химическую активность органических соединений
Химический состав живого: вода, ее роль для живой природы:
- высокая растворяющая способность
- высокая теплоемкость воды как основа для поддержания температуры организмов и регулирования тепла планеты
- аномальная плотность в твердом состоянии – причина существования жизни в замерзающих водоемах
- высокое поверхностное натяжение – жизнь на поверхности гидросферы, передвижение растворов по сосудам растений
Химический состав живого: особенности органических биополимеров как высокомолекулярных соединений – высокая молекулярная масса, способность образовывать пространственные и надмолекулярные структуры, разнообразие строения и свойств
Симметрия и асимметрия живого : Хиральность молекул живого – отсутствие симметрии у органических молекул, например, все спиралевидные молекулы ДНК закручены левосторонним образом, а правозакрученных молекул ДНК не бывает
Открытость живых систем:- живые существа открыты внешнему влиянию, например, это проявляется в обмене веществ, т.е. жизнь берет извне вещества для пропитания и выносит наружу отходы этого питания
Самовоспроизведение: - живое оставляет своё потомство, т.к. каждое существо смертно и потомство необходимо для продолжения рода
Гомеостаз как относительное динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды живой системы . Понятие «гомеостаз» применяют и к биоценозам (сохранение постоянства видового состава и числа особей)
Каталитический ( ферментативный) характер химии живого:- Ферменты участвуют в осуществлении всех процессов обмена веществ, в реализации генетической информации. Переваривание и усвоение пищевых веществ, синтез и распад белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и других соединений в клетках и тканях всех организмов —невозможны без участия ферментов.
Специфические свойства ферментативного катализа: чрезвычайно высокие избирательность и скорость, главные причины которых – комплементарность фермента и реагента, высокомолекулярный характер фермента
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ, в биохимии: — взаимное соответствие в химическом строении двух макромолекул, обеспечивающее их взаимодействие — спаривание двух нитей ДНК, соединение антигена с антителом. Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку.
4. Порядок и беспорядок в природе
4-01. Динамические и статистические закономерности в природе
Детерминизм (жёсткий) :- идея полной предопределённости всех будущих событий
Критика концепции детерминизма Эпикуром в силу неустранимой случайности в движении атомов
Механистический детерминизм как:
- утверждение о единственно возможной траектории движения материальной точки при заданном начальном состоянии;
- лапласова концепция полной выводимости всего будущего (и прош лого) Вселенной из её современного состояния с помощью законов механики
Детерминистское описание мира: динамическая теория, которая однозначно связывает между собой значения физических величин, характеризующих состояние системы
Примеры динамических теорий: - механика, - электродинамика, - термодинамика, - теория относительности,
Описание систем с хаосом и беспорядком: статистическая теория: - однозначно связывает между собой вероятности значений физических величин
Основные понятия статистической теории:- --случайность, - вероятность , - среднее значение величины
- флуктуация (случайное отклонение системы от среднего (наиболее вероятного) состояния)
Примеры статистических теорий:
- молекулярно-кинетическая теория ,
- квантовая механика, другие квантовые теории
- эволюционная теория Дарвина,
Соответствие динамических и статистических теорий: их предсказания совпадают, когда можно пренебречь флуктуациями (мелкими случайностями); в остальных случаях статистические теории дают более глубокое, детальное и точное описание реальности
4-02. Концепции квантовой механики
Корпускулярно-волновой дуализм как всеобщее свойство материи :- наличие у частиц одновременно волновых и корпускулярных свойств (автор – де-Бройль)
Соотношение неопределенностей координата-импульс (скорость) :- дополнительные физические величины (напр., координата и импульс) не могут одновременно принимать точные значения; отражает двойственную, корпускулярно-волновую природу частиц материи (электронов, протонов и т. д.). Неточности при одновременном определении дополнительных величин связаны соотношением неопределенностей, которое для неточностей ΔX и ΔP в определении координаты х и проекции на нее импульса P имеет вид: ΔX * ΔP ≥ ћ, где ћ— Планка постоянная. Соотношение неопределенностей для энергии E и времени t: ΔE * Δt ≥ ћ
Принцип дополнительности: - невозможны невозмущающие измерения (измерение одной велич. делает неточным измерен. дополнительной к ней величины)
- полное понимание природы микрообъекта требует учёта как его корпускулярных, так и волновых свойств
- для полного понимания любого предмета или процесса необходимы несовместимые, но взаимодополняющие точки зрения на него
Статистический характер квантового описания природы:- В отличие от классической теории, все частицы выступают в квантовой механике как носители и волновых и корпускулярных свойств и имеющих некую неопределенность в координатах, импульсах, энергии , т.е. имеющих случайный характер. Поэтому описание таких систем частиц ( и даже одиночных частиц) возможно только статистическим образом
4-03. Принцип возрастания энтропии
Формы энергии: тепловая, химическая, механическая, электрическая
Первый закон термодинамики — закон сохранения энергии при ее превращениях
Первый закон термодинамики :- утверждение о невозможности вечного двигателя (первого рода)
Энтропия как мера беспорядка, хаоса в системе ( например , системе молекул воздуха в комнате)
Изолированные (нет взаимодействия, обмена с внешним миром) и открытые системы (есть такое взаимод-вие)
Изменение энтропии тел при теплообмене между телами:- тела открыты друг другу, т.е. с теплом идет и перекачка энтропии между ними, у остывающего энтропия падает, у нагревающегося растет
Энтропия открытой системы: есть входящий и выходящий потоки энтропии, т.е. возможно как уменьшение, так и увеличение энтропии в итоге
Энтропия закрытой (изолированной) системы:- нет входящего и выходящего потока энтропии,
сама же она может только НЕ УМЕНЬШАТЬСЯ ( т.е. или сохраняется или растет)
Второй закон термодинамики как принцип возрастания энтропии в изолированных системах ;
как принцип направленности теплообмена (от горячего к холодному); как утверждение о невозможности вечного двигателя (второго рода); как принцип нарастания беспорядка и разрушения структур
Термодинамика жизни: добывание упорядоченности из окружающей среды, жизнь уменьшает энтропию
4-04. Закономерности самоорганизации. Универсальный эволюционизм
Синергетика — теория самоорганизации, Междисциплинарный характер синергетики
Самоорганизация в природных и социальных системах как самопроизвольное возникновение упорядоченных неравновесных структур в силу объективных законов природы и общества
Примеры самоорганизации в простейших системах: ячейки Бенара, реакция Белоусова-Жаботинского, спиральные волны
Необходимые условия самоорганизации: неравновесность и нелинейность системы
Признак неравновесности системы: протекание потоков вещества, энергии, заряда и т.д.
Диссипация (рассеяние) энергии в неравновесной системе: переход части энергии упорядоченных процессов (кинетической энергии движущегося тела, энергии электрического тока и т. д.) в энергию неупорядоченных процессов, в итоге — в тепло.
Диссипативная структура — неравновесная упорядоченная структура, возникшая в результате самоорганизации
Пороговый характер явлений самоорганизации: - внезапность ( скачком) проявления самоорганизации
Точка бифуркации:- момент кризиса, неопределенности в дальнейшем развитии системы, потеря её устойчивости и возможность выбора одного из нескольких направлений дальнейшего развития ( как развилка на дороге – выбирай …)
Понижение энтропии системы и повышение энтропии окружающей среды при самоорганизации:- уменьшение энтропии внутри системы за счет роста энтропии снаружи её
Универсальный эволюционизм как научная программа современности, его принципы:
- всё существует в развитии;
- развитие как чередование медленных количественных и быстрых качественных изменений (бифуркаций);
- законы природы как принципы отбора допустимых состояний из всех мыслимых;
- фундаментальная и неустранимая роль случайности и неопределенности;
- непредсказуемость пути выхода из точки бифуркации (прошлое влияет на будущее, но не определяет его);
- устойчивость и надежность природных систем как результат их постоянного обновления
5. Панорама современного естествознания
5-01.Космология (мегамир)
Космология – наука о Вселенной в целом, ее строении, происхождении и эволюции
Космологические представления Аристотеля: шарообразная неоднородная Вселенная, в центре её Земля, все остальные небесные тела вращаются вокруг неё
Геоцентрическая система мира Птолемея:- продолжение идей Аристотеля
Гелиоцентрическая система мира Коперника :- в центре находится Солнце, а Земля и остальные планеты (кроме Луны) вращаются вокруг Солнца
Ньютоновская космология: безграничная, бесконечная, однородная и неизменная Вселенная
Общая теория относительности :- теоретическая основа современной научной космологии
Вселенная Эйнштейна: однородна, изотропна и равномерно заполнена материей, преимущественно в форме вещества
Космологическая модель Фридмана: Вселенная нестационарна ( т.е. меняется, развивается)
Наблюдаемая однородность Вселенной в очень больших масштабах :- везде Вселенная одинакова
Наблюдательное подтверждение нестационарности Вселенной: красное смещение в спектрах галактик, возникающее благодаря эффекту Доплера при их удалении от наблюдателя (разбегание галактик)
Закон Хаббла: скорость разбегания галактик пропорциональна расстоянию до них
Возраст Вселенной —время, прошедшее с момента начала расширения, современные оценки (12–15 млрд. лет)
Понятие о космологической сингулярности:- начальная точка, из которой родилась Вселенная, в ней были бесконечно большие плотность вещества температура
5-02.Общая космогония (структуры мегамира)
Космогония — наука о происхождении и развитии космических тел и их систем
Основной космогонический сценарий: гравитационная конденсация рассеянного вещества
Основные методы звёздной космогонии:
- построение теоретических моделей строения и эволюции звёзд
- наблюдение большого числа звёзд, находящихся на разных стадиях эволюции
Процессы, обеспечивающие свечение звёзд: гравитационное сжатие, термоядерный синтез, охлаждение горячих недр
Основные характеристики звёзд: спектр излучения, температура поверхности, светимость, размер, масса
Диаграмма Герцшпрунга—Рессела, основные области на ней:(это диаграмма эволюции звезд в их жизни)
- главная последовательность, - гиганты и сверхгиганты,- белые карлики
Основные этапы эволюции звезды:
- гравитационное сжатие (протозвезда)
- термоядерное «горение» водорода (звезда главной последовательности)
- потеря устойчивости после исчерпания запасов водорода в центре звезды (раздувание и сбрасывание внешних слоёв, гравитационный коллапс, вспышка Сверхновой)
Конечные стадии эволюции звёзд: белые карлики, нейтронные звёзды, чёрные дыры
Солнце – нормальная звезда главной последовательности, его возраст около 7 млрд лет
Солнечное излучение, солнечный ветер:- потоки элементарных частиц и света от Солнца
Происхождение химических элементов:- синтезируются в недрах звезд и при взрывах сверхновых звезд
5-03. Происхождение Солнечной системы
Состав Солнечной системы: планеты, карликовые планеты, астероиды, кометы, метеороиды
Основные особенности устройства Солнечной системы:
- подавляющая часть массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце, а не в планетах
- подавляющая часть количества вращательного движения (момента импульса) Солнечной системы принадлежит планетам, а не Солнцу
- орбиты всех планет лежат практически в одной плоскости (плоскости эклиптики), совпадающей с плоскостью солнечного экватора
- все планеты обращаются вокруг Солнца в одном направлении («прямом»)
- большинство планет вращается вокруг своих осей в том же направлении («прямом»)
- ближайшие к Солнцу планеты земной группы (Меркурий, Венера, Земля, Марс) —небольшие, каменистые
- более удалённые планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) — большие, содержащие много лёгких летучих веществ
Гипотеза Канта – Лапласа о происхождении Солнечной системы (гравитационное сжатие вращающейся туманности)
Современные представления о формировании Солнечной системы: сложном комплексе разнообразных процессов ( не так “просто”, как думали Кант и Лаплас)
5-04. Геологическая эволюция
Магнитное поле Земли, его роль для жизни на планете: защита Земли от космической радиации
Внутреннее строение Земли (ядро внутреннее и внешнее, мантия, земная кора), методы исследования (сейсморазведка)
Формирование прото-Земли из планетезималей ( пыль и камни вокруг Солнца):- гравитационное сжатие Земли, разогрев при этом , и начало дифференциации ( расслоение на ядро, мантию и земную кору)
Эволюция земной коры: тектоника литосферных плит, их движение по поверхности Земли
Возраст Земли ( 4,5 млрд лет), методы его оценки (радиометрия земных горных пород и метеоритов)
Возникновение океанов и атмосферы :- выбросы газов и паров воды из вулканов и трещин земной коры
Атмосфера Земли, ее структура (тропосфера, стратосфера, ионосфера) и химический состав ( 80% азота, около 20% кислорода и около 1% всех остальных газов, в том числе и углекислого)
5-05. Происхождение и эволющия жизни
Первичная атмосфера Земли :- азот, водород, углекислый газ, метан
Абиогенный синтез: синтез первичных простейших органических соединений в неживой природе
Коацерваты: возникновение в растворе капель, обогащенных растворенным веществом, предтечи первых одноклеточных организмов
Гетеротрофы: используют для своего питания готовые органические вещества. К гетеротрофам относятся человек, все животные, некоторые растения, большинство бактерий, грибы
Автотрофы: организмы, синтезирующие из неорганических веществ все нужные органические вещества,
Анаэробы: способны жить в отсутствии атмосферного кислорода; некоторые виды бактерий, дрожжей, простейших, червей.
Аэробы: энергию для жизнедеятельности получают в результате окислительных процессов с участием кислорода;.
Прокариоты: клетки без ядра
Эукариоты: клетки с ядром
Голобиоз: это о происхождении жизни , основано на идее первичности структур, способных к элементарному обмену веществ при участии ферментов
Генобиоз: о проихождении жизни из молекулярных систем со свойствами генетического кода
Исторические концепции происхождения жизни: креационизм, гипотеза панспермии, биохимическая эволюция, постоянное самозарождение, стационарное состояние ( жизнь вообще была всегда, вечно, т.е. даже не зарождалась)
5-06. Эволюция живых систем
Эволюция, ее атрибуты: самопроизвольность, необратимость, направленность (от простого к сложному)
Дарвинизм: наследственность, изменчивость, естественный отбор
Генофонд : совокупность генов, которые имеются у особей, составляющих данную популяцию
Борьба за существование: естественный отбор особей с наилучшими показателями
Синтетическая (т.е. современная) теория эволюции, её основные положения:
– элементарная эволюционная структура – популяция
– элементарный наследств. материал – генофонд популяции
– элементарное явление эволюции – изменение генофонда популяции
– элементарные эволюционные факторы: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция,
– единственный направляющий фактор эволюции — естественный отбор
Микроэволюция: совокупность эволюционных процессов, протекающих внутри отдельных или смежных популяций вида, приводящих к изменению генетической структуры этих популяций, возникновению различий между организмами и образованию новых видов ( идет довольно быстро, поэтому доступна исследованию)
Макроэволюция: эволюция надвидовых таксонов. В широком смысле это вся эволюция жизни на Земле ( идет миллионы лет , недоступна непосредственному наблюдению)
5-07. История жизни на Земле и методы исследования эволюции
Понятия о геологических эрах и периодах : крупный интервал геологического времени, в течение которого образовались горные породы, составляющие геологическую систему. Периоды разделяются на геологические эпохи, в течении которых природные условия на Земле оставались почти неизменными
Связь границ между эрами с геологическими и палеонтологическими изменениями: смена геологической эпохи есть смена условий на Земле, а значит и смена видов жиэни на Земле
Некоторые важнейшие ароморфозы ( изменения, эволюция): фотосинтез > эукариоты > многоклеточные > скелет
Основные таксономические группы растений и животных и последовательность их эволюции:
- рыбы - земноводные (амфибии) - пресмыкающиеся (рептилии) – птицы - млекопитающие
- голосеменные – покрытосеменные – цветковые
Прокариоты: клетки без ядра ( бактерии)
Филогенез: историческое развитие организмов, в отличие от онтогенеза— индивидуального развития организмов.
Онтогенез— индивидуального развития организма.
Адаптация: совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и др. особенностей биологического вида, обеспечивающая возможность жизни особей в условиях внешней среды. Так же называется и сам процесс приспособления
Ароморфоз: эволюция, при которой биологический прогресс данной группы организмов основан на увеличении структурной сложности организма: возникновении новых органов или их систем, а также специализация или увеличение разнообразия уже имевшихся.
Понятие о флоре (растения, населяющие какую-либо территорию), фауне (совокупность животных)
Методы исследования эволюции: палеонтология (ископаемые переходные формы, палеонтологические ряды, последовательность ископаемых форм); биогеография (сопоставление видового состава с историей территорий, островные формы, реликты); морфологические методы (установление связи между сходством строения и родством сравниваемых форм, рудиментарные органы, атавизмы);
эмбриологические методы (зародышевое сходство, принцип рекапитуляции) ; генетические, экологические, методы биохимии и молекулярной биологии
5-08. Генетика и эволюция
Генетика: наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.
Ген: участок молекулы геномной нуклеиновой кислоты, характеризуемый специфической последовательностью нуклеотидов, представляющий единицу функции
Аллель: различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных (парных) хромосом; определяют варианты развития одного и того же признака
Рецессивные и доминантные гены: рецессивные – проявляют себя только во втором поколении потомства; доминантный- преобладает в проявлениях у потомства
Гомозиготы (клетка или организм с одной и той же формой одного и того же гена), гетерозиготы (различные формы одного и того же гена)
Хромосомы: структурные элементы ядра клетки, содержащие ДНК ( т.е. это ДНК облепленная белком)
Геном: cовокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма (клетки)
Генотип: cовокупность всех генов данного организма ( всех клеток организма)
Фенотип: совокупность всех признаков и свойств организма, сформировавшихся в процессе его индивидуального развития. Складывается в результате взаимодействия наследственных свойств организма — генотипа и условий среды обитания (не наследуется потомством).
Свойства генетического материала: дискретность, непрерывность, линейность, относительная стабильность
Изменчивость: наследуемая (генотипическая, мутационная)
Изменчивость: ненаследуемая (фенотипическая, модификационная)
Свойства мутаций: случайность, внезапность, ненаправленнность, неоднократность и наследуемость
6. Биосфера и человек
6-01. Экосистемы
Понятия об экосистеме (единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания) и биогеоценозе (однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов)
Элементы экосистем (биотоп - участок земной поверхности (суши или водоема) с однотипными условиями среды, занятый определенным биоценозом., биоценоз - совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема)
Биотическая структура экосистем: продуценты, консументы, редуценты
Продуцент:- организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой цепи первым звеном
Консумент:- организмы, являющиеся в пищевой цепи потребителями органического вещества
Редуцент:- организмы (сапротрофы), разлагающие мертвое органическое вещество (трупы, отбросы) и превращающие его в неорганические вещества, которые в состоянии усваивать другие организмы — продуценты.
Виды природных экосистем (озеро, лес, пустыня, тундра, .., океан, биосфера)
Пищевые (трофические) цепи, пирамиды
Энергетические потоки в экосистемах, правило 10% (Суммарная биомасса стабильной экосистемы относительно постоянна. При переходе от одного трофического уровня к другому часть доступной энергии не воспринимается, а часть расходуется на дыхание. В среднем при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается приблизительно в 10 раз (“правило 10%”))
Экологические факторы: биотические и абиотические факторы, антропогенные факторы
Формы биотических отношений (хищник-жертва, паразитизм, нейтрализм)
Толерантность:- Способность организма переносить неблагоприятное влияние того или иного фактора среды.
Среда обитания (природная и созданная человеком) и экологическая ниша (совокупность всех факторов природной среды, в пределах которых возможно существование того или иного вида организмов)
6-02. Биосфера
Понятие о биосфере :- область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Вещество: живое, косное, биокосное, биогенное
Системные свойства биосферы: постоянство массы живого вещества в ходе геологических периодов
Системные свойства биосферы: постоянство числа видов на протяжении геологических периодов
Геохимические функции живого вещества:
- газовая, - концентрационная, - деструктивная, - средообразующая, - энергетическая
Биогенная миграция атомов химических элементов:- перенос атомов с помощью живых существ
Биогеохимические принципы миграции: стремление к максимуму проявления
Биогеохимические принципы миграции: эволюция видов, увеличивающих биогенную миграцию
6-03. Человек в биосфере
Антропогенез:- изучает происхождение человека в процессе историко-эволюционного развития.
Палеонтология:- наука о вымерших растениях и животных, о смене их во времени и пространстве
Основные этапы эволюции рода Homo и его предшественников (стадиальная концепция): протоантропы (австралопитеки), архантропы, палеоантропы, неоантропы
Виды:
– Человек умелый (Homo habilis),
– Человек прямоходящий (Homo erectus)
– Человек разумный (Homo sapiens)
Характерные особенности человека: трудовая деятельность, использование огня, развитие речи, способность к абстрактному мышлению, наличие фонда социальной и культурной информации
Возрастание роли социальных эволюционных факторов (передача накопленных знаний, технологий, традиций) и ослабление биологических (движущего и дизруптивного отборов, изоляции, популяционных волн)
Неолитическая революция:- перехода от присваивающего хозяйства (собирательство, охота) к производящему (земледелие, скотоводство)
Экологические последствия неолитической революции:-начало исчезновения лесов, опустынивание
Коэволюция:- совместное развитие общества и природы
6-04. Экологические функции литосферы, экология и здоровье
Загрязнение окружающей среды:- ингредиентное (всякие отходы), - физическое (или параметрическое, т.е. выделение излишнего тепла, радиационное загрязнение)
- деструктивное (разрушение природных экологических связей)
Индикаторы глобального экологического кризиса: - усиление парникового эффекта
- проблема озонового слоя, - деградация лесных, земельных, водных ресурсов,-снижение биоразнообразия
Понятие ноосферы :- этап развития биосферы при разумном регулировании отношений человека и природы
Устойчивое развитие:- как компромисс между стремлением человечества удовлетворять свои потребности и необходимостью сохранения биосферы для будущих поколений