Эволюция биосферы: абиотическая, доабиотическая

Министерство  общего и профессионального образования  РФ

Российский  государственный профессионально- педагогический университет

Машиностроительный  институт 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

по дисциплине «Экология»

В. 06 
 
 
 
 

 

  

Выполнил: студент группы ЗАТ-219С

Углицких  А.И.

            Проверил: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург 2009

Вопрос 7. Эволюция биосферы (до абиотическая и биотическая). Ноосфера как стадия эволюции биосферы. 

      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. 

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 . 

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 .

 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

    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