Эволюция биосферы земли

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.