Развитие биосферы Земли

На ранней Земле предполагают активный вулканизм: за счет лав, выплавляющихся из верхней мантии, постепенно сфор­мировалась земная кора, а дегазация лав привела к возникнове­нию первичной атмосферы и жидкой воды на поверхности плане­ты. В первый миллиард лет существования Земли океан был примерно в 5 раз меньше современного по глубине и объему. Ландшафт, подобно современному лунному, представлял вулканические конусы на плоских пространствах.

Состав древней атмосферы считают близким к составу газов, выделяющихся из современных вулка­нов. Они содержат водяной пар (до 70—80%), углекислый газ (6—19%), хлор (до 7%), метан, аммиак, соединения серы и мно­гие другие компоненты.

В настоящее время имеется уже достаточно много неоспори­мых доказательств того, что ранняя атмосфера Земли была бескислородной, аналогично другим планетам Солнечной систе­мы. Ультрафиолетовое излучение Солнца свободно достигало поверхности воды и суши из-за отсутствия озонового экрана. Вулканические газы, растворяясь в воде, переходили в первич­ный океан, имевший в результате сильно кислую реакцию.

Историю Земли делят на три большие отрезка:

1. архей — первые примерно два миллиарда лет ее существования,

2. проте­розой — следующие 2 млрд лет

3. фанерозой, который начался около 570 млн лет назад.

Дофанерозойское время называют криптозоем, т. е. эрой скрытой жизни, традиционная палеонтологическая летопись начинается лишь с фанерозоя — «эры явной жизни».

Эволюция от органических соединений до живых клеток протекала в очень сжатые сроки, в самом начале истории Земли. Очень рано появились фотосинтезирующие организмы. Породы древностью 3,8 млрд лет уже свидетельствуют о наличии на Земле цианобактерий (сине-зеле­ных водорослей), и следовательно, существовании фотосинтеза и биогенном выделении молекулярного кислорода. Цианобактерии научились использовать вместо сероводорода обычную воду, что обеспечило им широкое распространение и огромную биомассу. Побочным результатом их деятельности стало насыщение атмосферы кислородом. Без цианобактерий не было бы и растений, ведь растительная клетка — результат симбиоза нефотосинтезирующего одноклеточного организма с цианобактериями. Все растения осуществляют фотосинтез при помощи особых органелл — пластид, которые суть не что иное, как симбиотические цианобактерии. И не ясно еще, кто главный в этом симбиозе. Некоторые биологи говорят, пользуясь метафорическим языком, что растения — всего лишь удобные «домики» для проживания цианобактерий.

Можно предполагать, что уже в середине археяжизнь на Земле была представлена разнообразными типами прокариот, начинающими влиять на ее геологическую историю. В восстановительной среде кислород, выделяемый цианобактериями, сначала расходовался на окисление разнообразных со­единений и не накапливался в свободном виде в атмосфере. При этом аммиак NH₃ окислялся до молекулярного азота N₂, метан и окись углерода — до С0₂, сера и сероводород — до S0₂ и S0₃. Со­став атмосферы постепенно изменялся.

Развитие жизни шло на фоне геологического развития пла­неты. В архее за счет химического и физического выветрива­ния и эрозии суши началось формирование первых осадочных пород в океане, происходила их гранитизация и сформирова­лись ядра будущих континентальных платформ. По некоторым предположениям, в начале протерозоя они составляли единый континент, названный Мегагеей, и были окружены единым океаном.

Тектоническая активность Земли, как показывает возраст изверженных пород, непостоян­на во времени. Короткие эпохи повышенной активности чере­дуются с более длительными пе­риодами покоя. В результа­те шло возрастание неоднородности земной коры. Повышенный вулканизм, горообразова­тельные процессы или, наоборот, оседание платформ меняли площади мелководий и условия развития жизни.

Считают, что ранняя жизнь имела сначала локальное рас­пространение и могла существовать лишь на небольших глуби­нах в океане, примерно от 10 до 50 м. Постепенно увеличивающиеся масштабы фотосинтетиче­ской активности цианобактерий привели к появлению и накоп­лению свободного кислорода в окружающей среде. Переход восстановительной атмосферы в окислительную наметился в начале протерозоя, о чем свидетельствуют изменения химиче­ского состава земных пород. Железо стало осаждаться в полно­стью окисленной, трехвалентной форме.

Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при любом воздействии на нее - природным или антропогенным - гомеостаз биосферы обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия.

Международная программа исследования биоразнообразия включает 3 основных уровня: генетический, таксономический и экологический (сообщества и экосистемы). Явление разнообразия живых организмов определяется фундаментальным свойством биологических макромолекул, особенно нуклеиновых кислот, что приводит к изменениям структуры, что приводит к изменениям геномов, к наследственной изменчивости. На этой биохимической основе биологическое разнообразие создается в результате трех независимо действующих процессов: спонтанно возникающих генетических вариаций (мутаций), действия естественного отбора в смешанных популяциях, географической и репродуктивной изоляции. Это ведет к дальнейшей таксономической, географической и репродуктивной изоляции, что ведет к дальнейшей таксономической и экологической дифференциации на всех последующих уровнях биологических систем: видовом, ценотическом и экосистемном.

В процессе разработки концепции биологического разнообразия сложилось представление о базовых единицах биологического разнообразия: разнообразие видов (богатство) – альфа-разнообразие; разнообразие сообществ по градиентам факторов среды – бета-разнообразие; разнообразие видов и сообществ в пределах природно-территориальных комплексов – гамма-разнообразие.

Исследуя проблемы биологической регуляции окружающей среды, В. В. Горшков, В. Г. Горшков, В. И. Данилов-Данильян и пр. (1999) пришли к выводу, что в настоящее время в экологической науке известные две основные концепции взаимодействия биоты и окружающей ее среды:

1. Согласно первой концепции - традиционной - окружающая среда пригодная для жизни в силу уникальных условий на поверхности Земли, а натуральная биота приспосабливается к любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жизни - способности к эволюции и беспрерывной адаптации. Согласно этой концепции - смена окружающей среды под воздействием человека - это определенный этап натурального эволюционного процесса - преобразования биосферы в новую глобальную биосистему, а природное биоразнообразие - генетический ресурс человека, который стоит сохранять только в заповедниках, зоопарках и генных банках. При этом безостановочный экономичный рост возможный только за счет беспрерывного расширения использования ресурсов биосферы.

2. Во второй концепции биота Земли рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние, в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь невозможна. содержания окружающей среды выполняют виды с оптимальной, а не с максимальной численностью. Механизм отбора в этом случае — конкурентное взаимодействие однородных сообществ.

Существование биотической регуляции окружающей среды доказывается рядом факторов, важнейшими из которых являются следующие:

1. Выбросы неорганического углерода из земных недр в атмосферу с огромной точностью соответствуют содержанию органического углерода в осадочных породах, что обеспечивает практически постоянное содержание неорганического углерода в атмосфере в течение сотен миллионов лет.

2. Концентрации биогенных элементов (С, N, Р, 02) в океане сформированы и поддерживаются биотой, о чем свидетельствует отношение C/N/P/0,, совпадающее с таковым при синтезе органического вещества.

3. Круговорот воды на суше также определяется биотой, так как 2/3 осадков связано с испарением воды на суше, в котором доминирующая роль принадлежит биоте.

4. Незатронутая деятельностью человека биота океана поглощает избыток диоксида углерода, выбрасываемого в атмосферу человеком, т. е. действует в соответствии с отрицательными обратными связями, в то время как измененная человеком биота суши утратила эту способность.

5. Биотой океана поддерживается концентрация диоксида углерода в океане в три раза меньше, чем если бы ее воздействие отсутствовало, так как потеря неорганического углерода океаном в атмосферу компенсируется поступлением в океан органического углерода.

Таким образом, можно условно выделить следующие последовательные этапы эволюции биосферы: синтез простых органических соединений, биогенез, антропогенез, техногенез и ноогенез.

1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа – 3,5–4,5 млрд. лет.

2) Биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соединений из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа – 2,5–3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы).

3) Антропогенез – появление человека и превращение его в социальное существо, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа – 1,5–3 млн. лет назад (появление человека).

4) Техногенез – преобразование природных комплексов биосферы в процессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно–технических комплексов, т.е. техносферы как составной части биосферы. Начало этапа – 10–15 тыс. лет назад (появление городских поселений).

5) Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управляемой социально–природной системы (ноосферы).

Поиск по сайту: