К. М. Ситника Допущено Міністерством освіти і науки України
|
|
Скачати 1.6 Mb.
|
|
Розділ 2 ВСЕСВІТ, ЗЕМЛЯ І БІОСФЕРА 2.1. ВСЕСВІТ І ЗЕМЛЯ Всесвіт Під Всесвітом ми розуміємо все, що нас оточує: Сонце і планети Сонячної системи – Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон та супутник Землі – Місяць, зірки та їх сполучення, газові хмари і галактики. Всесвіт нескінченний у просторі і в часі. Найбільшим об’єктом Всесвіту є галактики, що являють собою зоряні системи, в яких налічують сотні мільярдів зірок. До складу нашої Галактики входить близько 150 млрд зірок, у тому числі Сонце. Схожим на нашу Галактику є скупчення зірок Туманність Андромеди. Галактики та їх сукупності перебувають у постійному русі. Також постійно рухаються і планети Сонячної системи нашої Галактики. Зірки – розжарені тіла, що випромінюють світло. Наша планета Земля, на якій ми живемо, рухається навколо Сонця з швидкістю 30 км/с. її орбіта наближається до правильного кола діаметром близько 300 млн км. Навколо Сонця рухаються всі інші планети Сонячної системи. Найближчими планетами до Землі є Венера і Марс. Планетою земної групи певною мірою вважають супутник Землі – Місяць, який знаходиться на відстані 874 тис. км від неї. Його середній радіус дорівнює 1738 км. Маса Місяця становить 1/82 маси Землі, на ньому немає води і атмосфери. За сучасними уявленнями, життя існує тільки на одній планеті Сонячної системи – Землі. На всіх інших планетах умови непридатні для життя. На Землю падає сонячне випромінювання потужністю 1,36 кВт на квадратний метр поверхні, або 200 000 млрд кВт на всю поверхню земної кулі. Більшу частину цієї енергії Земля відбиває в космічний простір. Завдяки рівновазі між поглинутою і відбитою сонячною енергією на Землі підтримується більш-менш стала температура, за якої існує життя. Вчені підрахували, що енергія Сонця, накопичена у водні, дає йому змогу світити з нинішньою інтенсивністю близько 100 млрд років. Проте, якщо врахувати, що Сонце складається тільки на 70 % з водню і що ядерна реакція починає затухати при витратах 20 % ядерного палива, то Сонце може існувати близько семи мільярдів років. Земля За даними сучасної науки, розміри Землі такі: екваторіальний радіус – 6 378 245 м, полярний радіус – 6 356 863 м, площа поверхні – 510 млн км2, об’єм – 109 км3. Земля має форму геоїда (дослівно означає «землеподібний»), який стиснутий з полюсів і меншою мірою – по екватору. Маса Землі дорівнює 5,98 ∙ 1024 кг, щільність порід-5520 кг/м3 і щільність більшості поверхневих порід – 2500-3000 кг/м3. У центрі Землі надзвичайно великий тиск -3,5 млн МПа. Ядро Землі, як вважають учені, складається і) заліза, тому наша планета має магнітні властивості. Магнітне поле Землі неодноразово змінювало свій напрям і її магнітні полюси не збігаються з географічними. Магнітне поле Землі утворює магнітосферу – ділянку навколоземного простору, в якому напруженість її електромагнітного поля перевищує напруженість такого самого поля космічного простору. Спостерігаються закономірні зміни магнітного поля, а також відомі магнітні бурі, які починаються раптово і можуть тривати декілька днів. На планеті Земля розрізняють кілька геосфер: літосферу, гідросферу, атмосферу (рис. 2.1). Літосфера (грец. «літос» – камінь) – зовнішня тверда оболонка земної кулі, складається з осадових, вивержених і метаморфічних порід. Товщина літосфери на континентах і під океаном різниться і становить у середньому відповідно 25-200 і 5-100 км. Земля складається з трьох оболонок – кори, мантії та ядра. Мантія і ядро поділяються па внутрішні й зовнішні частини. Земна кора – тонка верхня оболонка Землі, яка має товщину на континентах 40-80 км, під океаном – 5-10 км і становить близько 1% маси Землі. Температура на поверхні Землі змінюється від 100 °С (пустелі) до 70...-80°С (Антарктика). З глибиною температура поступово стабілізується і на певній глибині від поверхні є пояс сталої температури, що дорівнює середньорічній температурі місцевості. Нижче від поясу сталої температури під впливом внутрішньої теплоти Землі температура поступово підвищується на 1°С на кожні 33 м глибини. Основні елементи Земної кори – кисень, силіцій, водень, алюміній, залізо, магній, кальцій і натрій, які утворюють 95 % її маси. На континентах земна кора має три прошарки: верхній – осадові породи, середній – граніти, гнейси, лабрадорити і габро, нижній – базальти. Під океанами два прошарки: осадові породи, що залягають на базальтах. Літосфера є середовищем усіх мінеральних ресурсів. У верхній частині континентальної земної кори утворені ґрунти. Залежно від кліматичних і геолого-географічних умов ґрунти мають товщину від 15-25 см до 2-3 м.  Рис. 2.1. Геосфера Землі Атмосфера (грец. «атмас» – пара) – це газова оболонка Землі, маса якої становить 5,15 ∙ 1015т. Упродовж трьох мільярдів років з моменту виникнення атмосфери її склад і властивості неодноразово змінювалися, однак упродовж останніх 50 млн років, за припущенням учених, вони стабілізувалися. Якби атмосфери не існувало, то коливання добової температури сягали б ±200 °С. Атмосфера простирається вгору на 100 км. В ній виділяють тропосферу, стратосферу, мезосферу, іоносферу та екзосферу. Крім того, за хімічним складом атмосферу Землі поділяють на нижню (до 100 км) – гомосферу, яка має склад, подібний до приземного повітря, і верхню – гетеросферу неоднорідного хімічного складу. Тропосфера (грец. «троп» – зміна) – це нижня частина атмосфери, яка прилягає до літосфери і в якій знаходиться понад 80 % усієї маси. її висота визначається інтенсивністю вертикальних потоків повітря, викликаних нагріванням земної поверхні. Тому на екваторі її висота сягає 16- 18 км, у помірних широтах – до 10-11 км, а на полюсах – до 8 км. З висотою температура повітря закономірно знижується в середньому на 0,6 °С на кожні 100 м і на висоті 10-15 км досягає -60...-70 °С. Цей шар атмосфери істотно впливає на клімат Землі. У ньому містяться значні маси води (у вигляді водяної пари і хмар), пилу й диму, що переміщуються повітряними потоками на великі відстані. Стратосфера (лат. stratum – шар) знаходиться вище від тропосфери і простягається на висоту 50-55 км над Землею. У ній міститься озоновий шар (25-40 км). Вміст озону в атмосфері є до 70 км. Завдяки наявності озонового шару температура в стратосфері зростає залежно від висоти до 1000 °С . Мезосфера (грец. «мезос» – середній) – шар атмосфери, верхня межа якого сягає висоти 80 км. Головна її особливість – зниження температури до -75...-90 °С (а за деякими даними -120 °С) у її верхній частині. Тут фіксують сріблясті хмари, що складаються з кристаликів льоду. Іоносфера (термосфера; грец. «термес» – теплий) розміщується на висоті більш як 80 км. Температура в цій зоні значно підвищується (понад 1000 °С). Під дією ультрафіолетового випромінювання Сонця гази перебувають у йонізованому стані. З йонізацією пов’язане світіння газів і виникнення полярного сяйва. Іоносфера має здатність багаторазово відбивати радіохвилі (електромагнітні хвилі), що забезпечує дальній радіозв’язок на Землі. Екзосфера (магнітосфера) оточує Землю на висоті понад 800 км. її товщина сягає 200-300 км, а температура перевищує 2000 °С. Швидкість руху газів наближається до критичної величини – 11,2 км/с. У ній переважно містяться атомарний водень і гелій, які утворюють навколо Землі корону, що поширюється на висоту 20 тис. км. Атмосфера Землі відіграє величезну роль в існуванні біосфери. Проте не менш важливе значення для життя, зокрема процесів його зародження (і рої витку, має водна оболонка Землі – гідросфера. Гідросфера (грец. «гідор» – вода) – це водна оболонка Землі, яка включає Світовий океан, води суші (ріки, озера, болота, льодовики) та підземні коди. На частку Світового океану припадає 631 млн км2 поверхні земної кулі, тобто 70,8 %. Температура океанської і морської води постійно змінюється як на поверхні, так і в глибині, і залежить переважно від клімату й погоди. В екваторній зоні вона становить близько 30-35°С, а в полярних морях знижується до 0...-2°С. Велика маса океанічних вод, які перебувають у постійному русі завдяки неоднаковій інтенсивності прогрівання поверхні на різних широтах, має велике значення для формування клімату та інших екологічних факторів. Океанічні й морські води мають приблизно однаковий хімічний склад. Крім солей, у морській воді розчинені гази (оксид вуглецю (IV), кисень, азот). Загальну кількість води на планеті оцінюють від 1,5 до 2,5 млрд м3. На один гектар земної поверхні припадає 30-50 млн м3 води. Об’єм підземних вод становить близько 60 млн км3. На частку льодовиків припадає 1,74 % загальних запасів води иіі планеті і 68,7 % – загальних запасів прісної води, об’єм яких перевищує 35 млн км3. Гідросфера не є суцільною, оскільки в багатьох місцях її переривають материки і континенти, що виступають над рівнем Світового океану. На земній поверхні протікають сотні тисяч річок, що поповнюються дощовими опадами і підземними водами. Річки займають загальну площу 148,2 млн км2, але об’єм води не перевищує 1,2 • 103 км3, що становить 0,0001 % загального запасу і 0,006 % запасу прісної води. Води в атмосфері приблизно в 12 разів більше, ніж у річках Землі, – 1,4 ∙ 104 км3. 2.2. ПРИРОДНЕ СЕРЕДОВИЩЕ Походження життя Згідно з уявленнями О. Опаріна і Дж. Холдейна, на початку геологічної історії під впливом сонячної радіації, вулканічної теплоти, розрядів блискавок та інших факторів у водах первісного Світового океану відбувся абіогенний синтез органічних сполук і біополімерів з простих хімічних сполук. Складні молекули амінокислот об’єднувалися в пептиди, які були початком утворення первинних білків. З останніх синтезувалися первісні живі організми мікроскопічних розмірів. Ця гіпотеза, як і багато інших їй подібних, має істотний недолік, який полягає в тому, що до останнього часу немає жодного факту, який би підтвердив можливість абіогенного синтезу на Землі хоча б найпростішого живого організму з неорганічних сполук. Нині серед учених широко підтримується принцип Реді: «Живе – лише від живого». Не підтверджують цієї гіпотези й геологічні дослідження. Нині палеонтологи виявили в породах, вік яких 3,8 млрд років і близький до часу утворення планети Земля (4 – 4,5 млрд років тому, за сучасними оцінками), викопні рештки досить складних організмів – бактерій і синьозелених водоростей. В. Вернадський вважав, що життя – така сама вічна основа Космосу, якими є матерія та енергія. Земна форма життя тісно пов’язана з гідросферою. Про це свідчить той факт, що вода є основною складовою маси будь-якого земного організму. Так, маса людини більш ніж на 70 % складається з води. Отже, всі відомості, якими на сьогодні володіє наука, стверджують, що життя на Землі виникло з початку її існування «від всепроникної загальногалактичної живої системи» (Ч. Вікрамасінхе). Біосфера Біосфера (грец. «біос» – життя, «сфера» – сфера, куля) – уявна оболонка Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери і літосфери, заселені живими організмами. З усіх сфер Землі літосфера і гідросфера найтісніше пов’язані з життям. Так, осадові породи Світового океану і ґрунти літосфери є сумішшю живої й неорганічної речовин. Ця суміш спостерігається в усіх сферах Землі і утворює найактивнішу плівку життя, яку називають біосферою. Остання охоплює верхню частину літосфери, всю гідросферу і нижню частину атмосфери – тропосферу (див. рис. 2.1). Нижня межа життя проходить по літосфері на глибині 2-3 км, верхня – на верхній частині тропосфери – 20-22 км. Межі біосфери зумовлюються цілою низкою факторів. Важливою причиною нерівномірного розміщення живих організмів в атмосфері є наявність сил гравітації та космічне випромінювання. Існуванню живих організмів на великих глибинах літосфери заважає висока температура земних надр. У гідросфері живі організми зустрічаються і на максимальних глибинах. Центральною ланкою біосфери виступають живі організми, включаючи людину. Перші уявлення про біосферу як «зону життя» належать французькому натуралісту Ж. Б. Ламарку (1802). Термін «біосфера» вперше запропонував у 1875 р. австрійський геолог Е. Зюсс. Науково обґрунтував учення про біосферу в 1926 р. видатний український учений, засновник і перший президент Академії наук України В. І. Вернадський. Він довів, що живі організми мають вирішальний вплив на всі геологічні процеси, які формують обличчя Землі. Саме життєдіяльністю живих організмів зумовлюється хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері, утворення й руйнування гірських порід, утворення ґрунтів тощо. Живі організми не тільки пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а й активно їх змінюють. Усю сукупність живих організмів у біосфері В. І. Вернадський назвав «живою речовиною», яка складає єдину термодинамічну систему (оболонку, простір) та в якій зосереджується життя і відбувається постійна взаємодія всього живого з абіотичними умовами середовища. Як основні характеристики живої речовини він розглядав масу (біомасу), хімічний склад і енергію. Основними компонентами біосфери є:
Згідно із законом фізико-хімічної єдності живої речовини (сформульованим В. І. Вернадським), уся жива речовина має єдину фізико-хімічну природу. На основі узагальнення досліджень у геології, палеонтології, біології 1а інших природничих науках В. І. Вернадський дійшов висновку, що в біосфері «встановилася рівновага в основних своїх рисах ... з археозою і не імінно діє впродовж 1,5-2 млрд років.» Стійкість біосфери за цей час виявляється в сталості загальної маси (1019 т), енергії, зв’язаної живою речовиною (4,21 ∙ 1018 кДж), і середнього хімічного складу всього живого. Дії унікальних особливостей живої речовини, які зумовлюють високу перетворювальну діяльність, належать такі:
6. Висока швидкість оновлення живої речовини. Підраховано, що в середньому для біосфери оновлення живої речовини становить 8 років, тоді як для суші – 14 років, а для океану, де переважають організми з коротким періодом життя (наприклад, планктон), -33 дні. В результаті високої швидкості оновлення живої речовини за всю історію існування життя загальна маса живої речовини, яка пройшла через біосферу, приблизно в 12 разів перевищує масу Землі. Тільки незначна її частина (частки відсотка) законсервовані у вигляді органічних решток (за В. І. Вернадським, «пішла в геологію»), решта ж включилась у процеси колообігу. Усі перелічені та інші властивості живої речовини зумовлюються концентрацією в ній значних запасів енергії. Уся діяльність живої речовини в біосфері зводиться до кількох основоположних функцій. Це насамперед енергетична, яка пов’язана з накопиченням енергії в процесі фотосинтезу, передавання її по ланцюгу живлення та розсіюванням. Газова функція – це здатність змінювати й підтримувати певний газовий склад середовища проживання. Так, включення вуглецю в процеси фотосинтезу, а потім у ланцюги живлення зумовлюють акумуляцію його в біогенній речовині (органічні рештки, вапняки тощо). В результаті цього відбувається поступове зменшення вмісту вуглецю та його сполук, передусім оксиду карбону (IV) в атмосфері з десятків відсотків до 0,03 %. Це саме стосується й накопичення в атмосфері кисню, синтезу озону та інших процесів. Окисно-відновна функція пов’язана з інтенсифікацією під впливом живої речовини процесів як окиснення, завдяки збагаченню середовища киснем, так і відновлення, насамперед у тих випадках, коли відбувається розкладання живих речовин за дефіциту кисню. Відновлювальний процес зазвичай супроводжується утворенням і накопиченням гідрогенсульфіду, а також метану. Це робить нежиттєпридатними глибинні прошарки боліт, а також значні природні товщі вод (наприклад, у Чорному морі). Концентраційна функція пов’язана зі здатністю організмів концентрувати в своєму тілі розсіяні хімічні елементи. Це сприяє підвищенню їх вмісту порівняно з навколишнім середовищем на кілька порядків. Наприклад, у тілі окремих організмів вміст мангану збільшується в мільйони разів. Наслідком концентраційної діяльності організмів є утворення покладів горючих копалин, вапняків, рудних родовищ тощо. Деструктивна функція – це руйнування організмами та продуктами їх життєдіяльності, в тому числі й після їх смерті, як власне решток органічної речовини, так і косної речовини. Основний механізм цієї функції пов’язаний з колообігом речовин. Найістотнішу роль тут виконують редуценти – деструктори (гриби, бактерії). Транспортна функція пов’язана з перенесенням речовини та енергії в результаті активного руху організмів. Такі перенесення можуть здійснюватися на великі відстані, наприклад під час міграцій тварин. Середовищеутворювальна функція значною мірою є інтегративною (результат спільної дії інших функцій). З нею пов’язана зміна фізико-хімічних параметрів середовища. В широкому розумінні результатом цієї функції є все природне середовище, яке створене живими організмами і підтримується ними у відносно стабільному стані в усіх геосферах. У вужчому плані ця функція виявляється в утворенні ґрунтів, очищенні повітря від забруднень тощо. Серед інтегративних функцій автори виділяють ще одну – споживально-відтворювапьну, яка визначає швидкість (інтенсивність) процесів життя живої речовини біосфери. Дія цієї функції визначає динаміку споживання та відтворення відновних природних ресурсів, а також стійкість екосистем зокрема та біосфери в цілому. На оптимальних значеннях цієї функції базується раціональне природокористування, за якого споживання природних ресурсів має прагнути до мінімуму, а відтворення їх – до максимуму. Розсіювальна функція виявляється через трофічну і транспортну діяльність організмів та в процесі здійснення антропогенних ресурсних циклів. Наприклад, розсіювання речовини при виділенні організмами екскрементів, загибелі організмів під час переміщень у просторі, зміна покривів, перероблення первинної сировини на продукти та їх споживання тощо. Важливою є також інформаційна функція живої речовини, яка виражається в тому, що живі організми та їх співтовариства накопичують певну інформацію, закріплюють її в спадкових структурах і потім передають наступним поколінням. Це один з проявів адаптаційних механізмів. Біосфера належить до відкритих систем, існування якої не уявляється без надходження енергії ззовні. Вона зазнає дії космічних сил, передусім сонячної активності. А. Л. Чижевський уперше довів, що багато явищ на Землі та в біосфері пов’язані з активністю Сонця. Існує також думка, що сонячна активність діє на різні геологічні процеси (катаклізми, катастрофи), а також на соціальну активність людського суспільства. Біосфера є саморегулювальною системою, для якої, як зазначав В. І. Вернадський, характерна організованість. Цю властивість на сучасному етапі називають гомеостазом, маючи на увазі здатність повертатися у вихідний стан, гасити збурення, що виникають, включенням ряду механізмів. Біосфера за свою історію пережила чимало таких збурень, багато з яких були значними за масштабами (виверження вулканів, зустрічі з астероїдами, землетруси, гороутворення тощо). Проте вона справлялася з ними за допомогою гомеостатичних механізмів. Згідно з законом історичної необоротності, розвиток біосфери й людства як цілого не може відбуватися під пізніших фаз до початкових, загальний процес розвитку однонапрямлений. Біосфера характеризується великим різноманіттям, що зумовлюється річними середовищами життя (водне, наземне – повітряне, ґрунтове, організмене), різноманіттям природних зон з їх різними кліматичними, гідрологічними, ґрунтовими, біотичними та іншими властивостями, а також наявністю регіонів, які різняться за хімічним складом. Головне ж полягає в тому, що в біосфері поєднується величезна кількість елементарних екосистем з властивим їм видовим різноманіттям. На сьогодні описано близько 2 млн видів (приблизно 1,5 млн видів тварин і 0,5 млн – рослин). Гадають, що їх число на Землі в 2-3 рази більше, ніж описано. Не враховано багато комах і мікроорганізмів, що проживають у тропічних лісах, глибинних частинах океанів та інших малодоступних місцях. Усі функції живих організмів у біосфері можуть виконуватися тільки завдяки їх величезному різноманіттю, яке є основною умовою стійкості будь-якої екосистеми та біосфери загалом (закон Ешбі). Важливою властивістю біосфери є наявність у ній механізмів, які забезпечують колообіг речовин і пов’язану з ним невичерпність окремих хімічних елементів та їхніх сполук. Якби не було колообігу, за короткий проміжок часу був би вичерпаний основний «будівельний матеріал» – вуглець, який практично один здатний утворювати міжелементні (карбон-карбонові) зв’язки і створювати величезну кількість органічних сполук. Тільки завдяки колообігам та постійному притоку сонячної енергії забезпечується безперервність процесів у біосфері. В. І. Вернадський сформулював основний закон константності біосфери: «Кількість живої речовини є планетною константою з часів архейської ери, тобто за весь геологічний час». Упродовж цього часу живий світ морфологічно безперервно змінювався, але такі зміни помітно не вплинули ні на кількість живої речовини, ні на її середній валовий склад, що пояснюється надходженням сталої кількості сонячної енергії на планету Земля. |
Схожі:
|
Допущено Міністерством освіти України Ф 59 Фінанси підприємств: Підручник / За ред професора А. М. Поддєрьогіна. — К.: КНЕУ, 1998. — 368 с |
Підручник Рекомендовано Міністерством освіти і науки України Рекомендовано Міністерством освіти і науки України (лист №14/18. 2-590 від 21 березня 2003року) |
|
Навчальних програм, підручників та навчально-методичних посібників,... Міністерством освіти і науки України з природознавства та хімії для використання в основній і старшій школі у загальноосвітніх навчальних... |
А. М. Колодія Рекомендовано Міністерством освіти і науки України За редакцією \В. В. Копєйчикова\ А. М. Колодія Рекомендовано Міністерством освіти і науки України |
|
М. Тодики доктора юридичних і політичних наук, професора В. С. Журавського... Затверджено Міністерством освіти і науки України як підручник для студентів вищих навчальних закладів |
ПЕРЕЛІК програм та навчально-методичної літератури з проблем виховання,... Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління освіти і науки обласних, Київської та Севастопольської міських... |
|
ПЕРЕЛІК програм, підручників та навчально-методичних посібників,... Міністерством освіти і науки України для використання у загальноосвітніх навчальних закладах з навчанням українською мовою |
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Рекомендовано... Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів |
|
ПЕРЕЛІК програм, підручників та навчальних посібників, рекомендованих... Міністерство освіти і науки Автономної Республіки Крим, управління освіти і науки обласних, Київської та Севастопольської міських... |
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАКА З «Деякі питання запровадження зовнішнього незалежного оцінювання та моніторингу якості освіти», наказу Міністерства освіти і науки... |
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua