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De acordo com Ciência moderna A idade da Terra é estimada em 4,6 bilhões de anos, e os primeiros sinais de vida apareceram, segundo a paleontologia, cerca de 3,5 a 3,8 bilhões de anos atrás. Os primeiros seres vivos foram heterótrofos , que usavam moléculas orgânicas abiogênicas para a vida. No entanto, com o passar do tempo, houve diminuição da concentração de matéria orgânica livre no ambiente, e os organismos que adquiriram a capacidade de sintetizar compostos orgânicos a partir dos inorgânicos ganharam vantagem.

Deste jeito 2-3 bilhões de anos atrás, as primeiras células fotossintéticas do tipo cianobactéria , capaz de utilizar a energia luminosa para a síntese de compostos orgânicos a partir de CO 2 e H 2 O. Ao liberar O 2, os autótrofos alteraram a composição da atmosfera, após o que passou a adquirir um caráter oxidativo. Assim, a vida que surgiu na Terra mudou as condições que possibilitaram seu aparecimento, em particular, a atmosfera redutora, que continha metano, amônia, sulfeto de hidrogênio e outras substâncias.

À medida que o teor de oxigênio na atmosfera aumenta formou-se uma camada (camada) de ozônio suficientemente poderosa, que protegiam a superfície da Terra da penetração da radiação cósmica dura, incluindo a radiação ultravioleta. Isso criou uma oportunidade para a propagação da vida nas profundezas do oceano até sua superfície e o subsequente surgimento de organismos vivos em terra. Durante era paleozóica(início - 570 ± 20 Ma, final - 340 ± 10 Ma) vida, tendo enchido todos os mares, saiu em terra.

Houve uma intensa evolução das plantas superiores, representadas no Paleozóico por quase todos os grupos de esporos e gimnospermas. No Paleozóico, formaram-se os principais tipos e classes de invertebrados, assim como os vertebrados, excluindo aves e mamíferos. Se a primeira metade do Paleozóico é caracterizada pelo domínio de invertebrados aquáticos, principalmente marinhos, o aparecimento de peixes e peixes, a predominância de várias algas, então a segunda metade é o desenvolvimento da terra por plantas e animais (invertebrados, anfíbios e répteis).

A evolução da biosfera se deu ao longo da maior parte de sua história sob a influência de dois fatores principais:

1) mudanças naturais geológicas e climáticas do planeta;

2) mudanças na composição de espécies e número de seres vivos no processo de evolução biológica.

No período terciário da era cenozóica, um terceiro fator (moderno) foi adicionado - a sociedade humana. Assim, o estágio de biogênese na evolução da biosfera foi substituído pelo estágio de noogênese.

Na evolução da biosfera, o seguinte pode ser distinguido principais tendências:

1) aumento gradual de sua massa total e produtividade;

2) acumulação progressiva de energia solar acumulada nas camadas superficiais da Terra;

3) aumento da capacidade de informação da biosfera, manifestada na crescente diversificação (aumento da diversidade) das formas orgânicas, aumento do número de barreiras geoquímicas e aumento da diferenciação da estrutura física e geográfica da biosfera;

4) fortalecimento de algumas funções biogeoquímicas da matéria viva e surgimento de novas funções;

5) fortalecer o impacto transformador da vida na atmosfera, hidrosfera e litosfera, aumento do papel da matéria viva e seus produtos metabólicos nos processos geológicos, geoquímicos e físico-geográficos;

6) ampliação do escopo do ciclo biótico e a complicação de sua estrutura;

7) impacto transformador cada vez maior atividade humana. Se há um fluxo contínuo de informações genéticas na evolução da matéria viva e o genoma humano contém genes de toda a série de seus ancestrais, a biosfera contém espécies de diferentes idades geológicas - “elementos ecogênicos” ou “bioelementos” de ecossistemas . Há uma substituição evolutiva desses bioelementos, dentro do quadro regional, às vezes uma substituição completa, incluindo o desaparecimento de antecessores.

O extermínio em massa das espécies pelo homem não poderia deixar de mudar os processos naturais. Por exemplo, a extinção de grandes animais no Plioceno aparentemente ocorreu não apenas como resultado da perseguição direta, mas também devido à ruptura das cadeias alimentares, o que levou à transformação dos ecossistemas como um todo. A destruição moderna de espécies, que está acontecendo muito mais rápido do que durante a sobrepesca do Plioceno, leva a processos que resultam em uma diminuição da biomassa, produtividade e conteúdo de informação da biosfera, uma mudança na natureza do acúmulo de energia solar nas conchas superficiais de a Terra, etc

A noosfera é o estágio mais alto na evolução da biosfera. O homem como objeto natural e elemento ativo da biosfera

Noosfera - um novo estado da biosfera, em que a atividade racional do homem se torna o principal fator determinante em seu desenvolvimento. O conceito de "noosfera" foi introduzido na ciência pelo filósofo francês E. Leroy e o paleontólogo, filósofo e teólogo francês P. Teilhard de Chardin em 1927. No entanto, eles deram uma interpretação idealista da noosfera como uma "camada pensante" especial da supra-biosfera que envolve o planeta. Nos anos 30 e 40 do século XX DENTRO E. Vernadsky desenvolveu a ideia da noosfera do ponto de vista materialista.

Oele entendia a noosfera como uma forma qualitativamente nova de organização decorrente da interação da biosfera e da sociedade, como um novo estado evolutivo da biosfera, propositadamente transformado no interesse da humanidade. A ciência da relação entre a sociedade humana e a natureza tem sido chamada de noogênicos. Sua principal tarefa é corrigir as violações na relação entre o homem e a natureza causadas pelo progresso da tecnologia.

No estágio inicial, o impacto humano na natureza não diferia do impacto de outros organismos vivos. Extraindo de meio Ambiente meios de subsistência em tal quantidade que foi completamente restaurada, e ao devolver ao meio ambiente os dejetos que foram usados ​​por outros organismos, uma pessoa não perturbou a circulação biótica de matéria e energia na biosfera. No entanto como resultado do progresso científico e tecnológico, bem como o crescimento em grande parte espontâneo da indústria, energia, transporte, química generalizada da agricultura e da vida cotidiana, rápido crescimento populacional e urbanização do planeta o ciclo biótico perturbou-se agudamente, tornou-se aberto. O homem, extraindo matérias-primas em quantidades cada vez maiores, produz tais substâncias que não são utilizadas por outros organismos, acumulando-se na biosfera.

Mais de 100 bilhões de toneladas de rochas diversas são extraídas da Terra todos os anos; cerca de 1 bilhão de toneladas de combustível de referência são queimados; cerca de 20 bilhões de toneladas de CO 2, 300 milhões de toneladas de CO, 50 milhões de toneladas de NO, 150 milhões de toneladas de SO 2, 4-5 milhões de toneladas de H 2 S e outros gases nocivos, mais de 400 milhões de toneladas de partículas de cinzas, fuligem, poeira são emitidas para a atmosfera; lançado na hidrosfera
600 bilhões de toneladas de águas residuais industriais e domésticas, cerca de 10 milhões de toneladas de petróleo e derivados; cerca de 100 milhões de toneladas de fertilizantes minerais são aplicados no solo. Cerca de 50% dos metais extraídos das entranhas, 30% das matérias-primas químicas, até 67% do calor gerado pelas usinas termelétricas entram na biosfera. Todos os anos, centenas de milhares de toneladas de compostos químicos (xenobióticos, etc.) não encontrados anteriormente na biosfera são criados, muitos dos quais não são passíveis de destruição biológica e física.

Os processos naturais de metabolismo e a capacidade diluidora da atmosfera e da hidrosfera em várias regiões do planeta não são mais capazes de neutralizar os efeitos nocivos da atividade econômica humana. A acumulação de poluentes persistentes (persistentes), que quase não são destruídos na natureza, perturba os sistemas naturais e as conexões na biosfera que se desenvolveram ao longo de uma longa evolução, mina a capacidade de autorregulação dos complexos naturais.

A partir dos anos 30. No século XX, o perigo de esgotamento dos recursos naturais, tanto não renováveis ​​(petróleo, carvão, minérios) como renováveis ​​(vegetais, mundo animal e etc). Desde meados do século XX, o impacto humano na natureza assumiu um caráter global.

Para o período de final do XVI século até os anos 70. No século XX, 109 espécies de aves, 64 espécies de mamíferos e 20 espécies de répteis desapareceram da face da Terra (principalmente devido à destruição do habitat). Do início dos anos 80. No século 20, de acordo com a IUCN, 1 espécie (subespécie) de animais desaparecia diariamente. A extinção ameaça quase 1.000 espécies vivas de aves e mamíferos (cerca de metade delas estão em florestas tropicais, que são esgotadas a uma taxa de várias dezenas de hectares por minuto). Pelo menos 1/4-1/6 da terra já está desprovida de vegetação natural.

Cada 10ª espécie de plantas superiores, cada 4ª espécie de anfíbios e cada 7ª espécie de répteis estão sob ameaça de extinção. Sob a pressão do forte impacto econômico é de cerca de 50% da terra. Grandes áreas As biogeocenoses indígenas são substituídas por secundárias, mais simplificadas, uniformes em composição e estrutura, com produtividade marcadamente reduzida. A cobertura natural da zona de estepe foi substituída por culturas e plantações de plantas cultivadas, áreas urbanas e industriais.

formulado princípios de conservação da biosfera, fundamental para noogenics:

1) o princípio da necessidade da diversidade da natureza(apenas uma fauna diversificada e diversificada é sustentável e altamente produtiva);

2) o princípio da utilidade potencial de cada componente da natureza(agora é difícil prever o possível significado de cada espécie de organismo para os humanos no futuro);

3) o princípio da universalidade da comunicação na vida selvagem(a perda de qualquer elo em uma cadeia complexa de relações tróficas e outras na natureza muitas vezes leva a resultados imprevistos).

A humanidade enfrenta o problema urgente de desenvolver métodos e métodos para regulação consciente da troca de matéria e energia entre a humanidade e a biosfera, incluindo a atividade humana em ciclos biogeoquímicos, levando em conta os padrões mais importantes de desenvolvimento da biosfera.

As formas de resolver são:

a) tornar a economia mais verde(incluindo indústria, energia, transporte, Agricultura) por meio do desenvolvimento de tecnologia livre de resíduos e de baixo desperdício, a transição para o uso cíclico da água e outros recursos;

b) ecologização do direito e consciência das pessoas.

Atualmente, a humanidade está à beira de uma crise ecológica, a transformação da biosfera em uma tecnosfera imprópria para a vida. O impacto positivo do homem na biosfera (trazendo novas raças e variedades, criando biogeocenoses culturais com alta bioprodutividade, criando linhagens de microrganismos benéficos como base da indústria microbiológica, introduzindo espécies benéficas em novos habitats) é incomparável com as consequências negativas de sua Atividades.

A destruição das florestas interrompeu drasticamente o regime hídrico do planeta. Os rios estão se tornando rasos, os recursos hídricos subterrâneos estão esgotados, as perdas por erosão do solo estão aumentando e o grau de poluição do ambiente natural com resíduos industriais, pesticidas e substâncias radioativas está aumentando. As biocenoses artificiais, graças aos esforços humanos, eliminam as biocenoses naturais. 20% da terra está agora completamente "transformada" pelo homem. Na segunda metade do século XX, como nunca antes, o problema de unir os esforços de toda a humanidade para salvar seu habitat tornou-se agudo. As ações humanas devem adquirir um caráter unificado consistente com as leis da existência e desenvolvimento da biosfera.

A evolução da biosfera está condicionada por três grupos de fatores intimamente relacionados: o desenvolvimento de nosso planeta como corpo cósmico e as transformações químicas que ocorrem em suas profundezas; evolução biológica de organismos vivos; desenvolvimento da sociedade humana.

Falando sobre o primeiro grupo de fatores que determinam a evolução da biosfera, deve-se atentar para a redação do “princípio geoquímico de preservação da vida”: um planeta pode ser habitável desde que seu interior esteja ativo. A atividade do interior é tão importante quanto a atividade do Sol. Para que a vida continue, a própria Terra deve estar viva nesse sentido. Portanto, os cientistas que consideram seriamente a Terra como um organismo (como James Lovelock) merecem ser totalmente compreendidos. Para eles, o fenômeno da organização da biosfera não é um conjunto de acidentes, mas o resultado de sua (Gaia-Terra, ver parágrafo 11.6) de sua própria atividade.

Ecossistemas muito incomuns para nós foram observados no desenvolvimento da biosfera. As épocas eram quentes e frias, com mais ou menos terra, com mais ou menos variedade de espécies. A transição entre eras foi a evolução progressiva dos ecossistemas, o que foi entendido antes mesmo do nascimento da ecologia.

Hoje podemos falar de quatro biosferas que surgiram sucessivamente no curso da evolução: a quimiosfera, a fotosfera procariótica, a cariosfera e a antroposfera. Cada biosfera surgiu em resposta ao surgimento de uma nova categoria dominante de organismos, e os três primeiros deles duraram provavelmente cerca de um bilhão de anos cada.

Quimiosfera originou-se da progenota (o primeiro sistema em que o metabolismo é separado da hereditariedade) e foi um conjunto de zonas pré-celulares nas quais os procariontes se desenvolveram. Os litotróficos serviram de base alimentar, e o principal caminho de evolução foi a inclusão de ligações orgânicas em ciclos geoquímicos. A quimiosfera foi formada a partir dos primeiros centros de vida e adquiriu as propriedades da biosfera quando quando cresceu o suficiente para se tornar um fenômeno planetário, ou seja tomou posse do oceano (a terra estava sem vida). Aparentemente, ciclos extremamente curtos devido à simbiose eram comuns nele.

A quimiosfera nas hidrotermas do fundo do oceano permaneceu até hoje e está muito vagamente conectada com o resto da vida, mas agora consiste em organismos individuais. Os restos desta esfera também se estendem por meio quilômetro sob o fundo do oceano; e alguns pesquisadores acreditam que as condições de vida não mudaram desde o início da vida.

Na era do nascimento da vida, o fluxo de calor das profundezas era quatro vezes maior que o atual. À medida que a superfície da Terra esfriou, a quimiosfera foi substituída por fotosfera procariótica. Nela, a base alimentar eram fotoautotróficos; a principal forma de evolução é a complicação da bioquímica. Ela também começou com ciclos curtos (tapetes de cianobactérias), mas depois, ao contrário, começou a alongar as cadeias de ciclos, o que mudou a face do planeta, por exemplo, criou uma atmosfera de oxigênio. Como já mencionado, acredita-se que o atual teor de oxigênio na atmosfera (21%) tenha sido alcançado no Paleozóico há 250 milhões de anos, mas o processo começou já no Arqueano.

Cariosfera - este é o domínio dos eucariotos. O principal caminho da evolução é a complicação de estruturas com a mesma bioquímica; e os procariontes foram relegados à periferia da biosfera, onde ainda dominam (por exemplo, na crosta terrestre e oceânica), e as plantas verdes tornaram-se os principais produtores. Ciclos longos começaram a prevalecer: consumidores (consumidores - animais) surgiram entre produtores (produtores) e decompositores (redutores), então agora uma cadeia alimentar normal tem até sete elos. A cariosfera se parece com a própria biosfera, e G.A. Zavarzin a chama neosfera, mas a próxima esfera já está crescendo em sua base.

Antroposfera - a agora emergente biosfera do futuro. Os principais ciclos nele nascerão de pessoas, e a principal forma de evolução dos organismos será a criação de raças artificiais, reduzindo o número de espécies naturais. DENTRO E. Vernadsky estava certo ao apontar que a humanidade está se tornando uma força geológica. O homem já está destruindo algumas espécies e criando outras, destruindo alguns fósseis, criando outros (lixões), e mudando os ciclos - tanto alongando-os no espaço (transporte global) quanto encurtando cadeias geoquímicas (floresta queimada, etc.). A antroposfera é aquela realidade pouco atraente que cresce no lugar onde V.I. Vernadsky deveria ver maravilhosa noosfera.

Cada biosfera seguinte cresce com base na anterior e mostra uma nova atividade: toma a parte principal daquelas funções globais que ela mesma pode desempenhar.

A.G. Ponomarenko identifica uma série de rearranjos biosféricos mais significativos:

surgimento da multicelularidade. Embora os procariontes multicelulares sejam conhecidos (fungos, arbustos), mas nos eucariontes, a multicelularidade é visível "como uma linha geral".

Sabe-se que no Cambriano houve um aumento acentuado da diversidade, em particular, organismos com esqueleto sólido e surgiram os primeiros artrópodes (trilobites).

Acrescentemos ao que foi dito: geoquimicamente a aparência da biosfera é determinada por procariontes unicelulares; morfológica e comportamentalmente, sua aparência é criada por eucariotos multicelulares. De fato, nos procariontes, as espécies multicelulares representam cerca de 1% e, entre os eucariotos, pelo contrário, apenas cerca de 1% das espécies são unicelulares e existem mais de 2 milhões de espécies eucarióticas - isso é 500 vezes mais que os procariontes;

desenvolvimento da coluna de água e do fundo. vida pregressa A. G. Ponomarenko vê principalmente na camada superficial da água (na realidade, isso não poderia ser - veja o parágrafo 12.2), explicando isso pela alta turbidez da água. Com o advento de habilidosos filtradores no Cambriano, o material fino é rapidamente filtrado e enviado para o fundo, o que piora as condições de vida na superfície, mas torna a água mais clara e abastece o fundo com matéria orgânica. Os comedores de lodo apareceram.

A vida até agora está confinada principalmente a profundidades rasas; as profundezas do oceano e o fundo são quase desertos: no primeiro há pouca matéria orgânica, e o oxigênio quase não chega ao fundo. A exceção é a vizinhança das hidrotermas, que são, por assim dizer, uma biosfera especial (quimosfera) no fundo dos oceanos;

saída da vida em terra. A. G. Ponomarenko novamente levantou pergunta antiga sobre que mar e terra são no Arqueano. Ele também concluiu que, sem vegetação rasteira, a paisagem consistia em falésias quase verticais e planícies baixas quase horizontais. Ondas de maré e tempestades podiam passar por essas planícies por longas distâncias, e praticamente não havia litoral. Esteiras de algas bacterianas poderiam ocupar toda esta planície, enquanto não existissem no mar e nem em terra.

Durante o Proterozóico, os tapetes provavelmente criaram o primeiro solo em terra. No início, a vida na terra era uma fina camada de mofo e algas; apodrecendo, formavam o solo em que viviam vermes e artrópodes;

surgimento da zonalidade vertical da vida terrestre(Fig. 13.4). No meio do Siluriano (420 milhões de anos atrás), plantas superiores apareceram em terra (este é o nome de tudo que é mais complicado que as algas). No Devoniano Inferior, com o aparecimento de plantas com caules verticais, surgiram camadas: plantas baixas pode estar localizado abaixo do alto. A haste vertical exigia uma nova tecnologia natural - um método de fornecer uma solução aquosa contra a gravidade.

Arroz. 13.4.

Rinia - a primeira planta terrestre com caule ereto, Devoniano Inferior

O aparecimento de folhas transportadas para o ar e de um sistema radicular capaz de utilizar a água subterrânea é o maior acontecimento da história da biosfera.

No Carbonífero, surgiram florestas multicamadas, dando origem a depósitos de carvão. Os troncos verticais requerem raízes fortes e as raízes evitam a erosão do solo. Antes do advento das florestas, a biosfera não poderia ter a biomassa atual. Em nosso tempo, mais de 90% da massa da biosfera está contida em plantas terrestres - principalmente troncos de árvores. O pântano começou a produzir o oxigênio principal;

desastres no oceano e em terra. A história está repleta de exemplos de extinções em massa, e alguns deles foram da natureza de catástrofes biosféricas; Em primeiro lugar, trata-se da catástrofe na fronteira das eras geológicas: as extinções Vendiano-Cambriano, Permiano-Triássico e Cretáceo-Paleoceno.

A extinção do Permiano-Triássico é considerada a mais misteriosa)