В ученической исследовательской работе по биологии на тему "Развитие представлений о биосфере" учащаяся 9 класса поставила перед собой цель изучить вклад выдающихся учёных в развитие представлений о биосфере, уделить особое внимание учениям В.И. Вернадского.

Подробнее о работе:

В детском исследовательском проекте по биологии на тему "Развитие представлений о биосфере" ученица 9 класса выполняет поиск информации и дает объяснения, что такое биосфера и как она влияет на формирование у человека взгляда на природу и представление об устройстве мира. Несмотря на то, что современная биосфера сформировалась 3,5 - 4 млрд лет назад, ее изучение несовершенно и постоянно появляются новые теории и сведения.

В готовом исследовательском проекте по химии "Развитие представлений о биосфере" автором были изучены самые масштабные исследования в области биосферы. Понятие биосфера ввёл Ф.Ратцель. Сам же термин биосфера создал Э.Зюсс. Однако особый вклад в исследование биосферы и формирование этой науки в современном ее представлении внесли Вернадский Владимир Иванович, Юстус фон Либих, Антуан Лоран Лавуазье.

Оглавление

Введение
1. Изучение биосферы.
1.1 Вернадский Владимир Иванович
1.2 Юстус фон Либих
1.3 Антуан Лоран Лавуазье
Заключение
Список литературы

Моя цель изучить вклад выдающихся учёных в развитие представлений о биосфере.

В результате данная работа позволяет узнать о вкладе выдающихся учёных в развитие представлений о биосфере.

Биосфера – населенная жизнью оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или настоящей деятельностью живых организмов.

История развития представлений о биосфере отражает изменение взглядов на природу Земли, непосредственно окружающую человека.

Возникшая 3,5-4,0 млрд. лет назад, современная биосфера включает живые организмы (около 3 млн. видов), их остатки, зоны атмосферы, гидросферы и литосферы, населенные и видоизмененные этими организмами.

Понятие биосфера ввёл Ф.Ратцель. Сам же термин биосфера создал Э.Зюсс. Он писал о биосфере как особой оболочке Земли, охваченной жизнью, наравне с атмосферой, гидросферой, литосферой.

Особое значение для популяризации географического представления о биосфере имели сочинения Г. Вагнера. Он понимал биосферу как пространство, населённое живыми существами, хотя другие географы того времени понимали биосферу как совокупность организмов.

П.И. Броунов ввёл понятие наружная оболочка Земли. По мнению Броунова наружная оболочка Земли является ареной органической жизни и состоит из лито-, гидро-, атмо- и биосферы, которые проникают одна в другую и своим взаимодействием обусловливают все явления на Земле.

К философам Нового времени, затрагивавшим тему биосферы, как оболочки, населенной жизнью, можно причислить Николая Кузанского, Джордано Бруно и Галилео Галилея. Он сделал наиболее значимый шаг к развитию понимания природы и мира вне зависимости от человека и говорил, что мир бесконечен, а во всех процессах, которые происходят в природе ничто не возникает из ниоткуда и не уничтожается бесследно.

В семнадцатом веке Бернхард Варениус провозгласил, что все живые существа, будь то растения, животные или насекомые, находятся в особом взаимопроникновении с грунтом, водой, минералами и атмосферой.

В 1902 году Дмитрий Николаевич Анучин высказал предположение о том, что все компоненты Земли, включая гидро-, атмо-, био- лито- и педиосферу (почвенную сферу), а также и антропосферу являются результатом деятельности разнообразных теллурических (земных) и космических сил.

В связи, с чем появилась необходимость уточнить содержание термина, обозначающего комплекс всех имеющихся оболочек Земли, определить строение и взаимосвязи биосферы как с «внутренними» компонентами, так и с окружающей средой. Работать над этой проблемой стал Вернадский Владимир Иванович.

Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию. В состав биосферы кроме живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов) входят биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов - каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество (продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами - почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества) и, наконец, косное вещество - совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых, как считается, живые организмы не участвуют (горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

Следовательно, биосфера - это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную, глобальную экосистему, поддерживающую планетарный круговорот веществ.

К настоящему времени первичная биосфера значительно изменена деятельностью человека. Качественно новый этап ее развития - биотехносфера. Состояние же биосферы, при котором преобразующая человеческая деятельность начинает играть в ней определяющую роль, В. И. Вернадский назвал ноосферой или сферой разума.

В.В. Докучаев обратил внимание на сложные и многообразные соотношения живой и мертвой природы: между растительным, животным и минеральным царствами. Ученики В.В. Докучаева развили и углубили эти представления. Н.М. Сибирцев объяснил значение биологических процессов в почвообразовании; А.Н. Краснов связывал распределение организмов с распределением физических сил и общим строем нашей планеты в настоящем и прошлом; Г.Н. Высоцкий изучал влияние леса на гидрогеологический режим.

В.И. Вернадский главной специальностью избрал минералогию. От минералогии он перешёл к исследованию истории химических элементов и заложил основы геохимии. Его ученик А.Е. Ферсман в 1912 г. прочитал первый курс геохимии и стал главой отечественной геохимии. Сам же В.И.Вернадский сосредоточил своё внимание на роли живых организмов в геохимических процессах. Так возникла отрасль геохимии - биогеохимия.

Вернадский (1863-1945) создал учение о биосфере. Свои идеи он чётко сформулировал в знаменитом труде "Биосфера" (1926). Для этого он с 20-х гг. проводил специальные исследования природных газов, вод, химического состава почвы, живого вещества и земной коры. Результаты этих исследований изложены в многочисленных докладах, выступлениях, публикациях.

Завершающий труд "Химическое строение биосферы Земли и её окружение" было опубликовано в 1927, в которой отметил следующие положения:

• Живое вещество не может быть оторвано от биосферы, естественным продолжением которой является.
• Слои земной коры, не содержащие в настоящий момент жизни, но имеющие ее в прошлом, относятся к «былым биосферам».
• Космические излучения, пронизывают биосферу и биосфера должна рассматриваться, как место, где происходят все превращения энергии.
• Биосфера – это явление космического характера.

В современном мире, полеты человека в космос, за пределы Земли, способствуют продолжению разработок новых сторон изучения биосферы.

К тому же, изначальная биосфера уже существенно изменена деятельностью человека, выходя на качественно новый уровень развития – техносфера. А состояния биосферы, в котором ведущую роль играет человеческий разум, Вернадский определил как «ноосферу».

В многочисленных публикациях В.И. Вернадского центральное место занимает учение о биосфере. Оно получило распространение только с 60-х годов. Сейчас слово "биосфера" не сходит со страниц газет, журналов и многочисленных книг.

По В.И. Вернадскому, биосфера - образование космическое, планетарное (сравните с географической оболочкой) - "на нашей планете в биосфере существует не жизнь, от окружения независимая, а живое вещество, то есть совокупность живых организмов, теснейшим образом связанная с окружающей её средой биосферы". Живым веществом В.И. Вернадский называл: совокупность живых организмов, выраженную в весе, в химическом составе, в мерах энергии и в характере пространства.

Таким образом, В.И.Вернадский обосновал учение о биосфере, о геологической деятельности живого вещества.

В книге Либиха «Органическая химия в ее применении к сельскому хозяйству и физиологии» обсуждались химические превращения в живых системах, как растительных, так и животных, с изложением теоретического подхода к сельскохозяйственной химии. Первая часть книги была посвящена питанию растений, вторая — химическим механизмам гниения и разложения. Знание Либихом, как синтеза, так и разложения веществ привело его к тому, что он стал одним из первых адептов охраны природы, пропагандируя такие идеи, как переработка сточных вод.

Либих выступал против распространенных теорий о роли гумуса в питании растений, в которых утверждалось, что гнилая растительная материя является основным источником углерода для питания растений. Считалось, что удобрения действуют путем разрушения гумуса, что облегчает поглощение растениями полезных веществ. Связанным с такими идеями было убеждение, что какая-то «жизненная сила» разделяет реакции, связанные с органическими и с неорганическими веществами.

Либих указал на неспособность существующего почвенного гумуса обеспечить достаточное количество углерода для поддержки растущих в нем растений. Либих сформулировал идеи о минеральной теории растительного питания и добавил его собственные убеждения о том, что неорганические вещества могут обеспечить питательными веществами так же эффективно, как и органические источники.

В своей теории минеральных питательных веществ Либих определил химические элементы азот (N), фосфор (P) и калий (K) как необходимые для роста растений. Он сообщил, что растения приобретают углерод (C) и водород (H) из атмосферы и воды (H2O). Подчеркивая важность наличия минералов в почве, он утверждал, что растения питаются азотными соединениями, полученными из воздуха. Это утверждение было источником споров на протяжении многих лет и оказалось верным для бобовых, но не для других растений.

Либих также популяризировал «Теорему минимума» Карла Шпренгеля (известную как Закон минимума, или закон ограничивающего (лимитирующего) фактора), заявив, что рост растений определяется не всеми доступными ресурсами, а ограниченным ресурсом. Развитие растений ограничено одним основным минералом, который находится в относительно малом запасе. Эту концепцию ограничения можно представить в виде «бочки Либиха», метафорической бочки, в которой каждая планка представляет собой элемент. Питательное вещество, планка которого короче, чем другие, заставит жидкость, содержащуюся в бочке, вылиться на этом уровне. Это качественное изображение принципов, используемых для определения применения удобрений в современном сельском хозяйстве.

Одним из его наиболее известных достижений является разработка азотного удобрения. В первых двух изданиях своей книги Либих писал, что содержащегося в атмосфере азота недостаточно, и утверждал, что азотное удобрение необходимо для выращивания здоровых сельскохозяйственных культур. Либих считал, что азот может поставляться в форме аммиака и признавал возможность замены химических удобрений на естественные (навоз животных и т. д.).

Позднее он убедился, что содержание азота в достаточной степени обеспечивается осаждением аммиака из атмосферы и в течение многих лет категорически возражал против использования азотных удобрений. Ранняя коммерческая попытка создания собственных удобрений оказалась неудачной из-за отсутствия испытаний в реальных условиях сельского хозяйства и отсутствия азота в смесях.

Трудности Либиха в согласовании теории и практики отражали то, что реальный мир сельского хозяйства был гораздо более сложным, чем вначале казалось. Публикуя седьмое немецкое издание книги «Сельскохозяйственная химия
», он изменил некоторые свои взгляды, признавая некоторые ошибки и возвращаясь к тому, что азотные удобрения были полезны или даже необходимы. Он сыграл важную роль в использовании гуано для получения соединений азота. Азотные удобрения в настоящее время широко используются во всем мире, и их производство является значительным сегментом химической промышленности.

Особенно важна работа Либиха по применению химии для изучения физиологии растений и животных. К 1842 году он опубликовал «Химия животных, или Органическая химия в своих приложениях к физиологии и патологии», представляющее химическую теорию метаболизма. Экспериментальные методы, используемые Либихом и другими, часто включали контроль рациона питания, а также анализ продуктов метаболизма животных как отражение внутренних метаболических процессов.

Либих видел сходство между метаболизмом растений и животных и предположил, что азотистое вещество животного было сходным с растительным веществом и получено из него. Он классифицировал пищевые продукты на две группы: азотистые материалы, которые, по его мнению, использовались для создания ткани животных, а также неазотные материалы, которые, по его мнению, были связаны с отдельными процессами дыхания и выработки тепла.

Работа Либиха показала общую способность растений и животных синтезировать сложные молекулы из более простых. Его эксперименты по метаболизму жиров убедили его в том, что животные должны иметь возможность синтезировать жиры из сахаров и крахмала. Другие исследователи основывались на своей работе, подтверждая способность животных синтезировать сахар и вырабатывать жиры.

Третья область, обсуждаемая в «Химии животных» — это ферментация и гниение. Либих предложил химические объяснение органического разложения. Либих идентифицировал кровь как местоположение «химического завода» тела, где, как он считал, происходят процессы синтеза и разрушения.

Он представил взгляд на болезнь с точки зрения химического процесса, при котором здоровая кровь могла быть атакована внешней инфекцией; секретирующие органы стремились преобразовывать и удалять такие вещества; и неспособность сделать это может привести к их устранению через кожу, легкие и другие органы, потенциально распространяя заражение. Идеи Либиха привели к разработке лучших методов тестирования экспериментальных моделей метаболизма и выделили химию как фундаментальную науку для понимания здоровья и болезней.

А. Л. Лавуазье открыл новую эру и в опытном исследовании жизненных процессов — физиологии. Исследованиями над животной теплотой Лавуазье представил против витализма, царившего в то время в науках биологических, столь же сильные доводы, как исследованиями над горением тел и над составом воды против учения о флогистоне. Лавуазье выделил огонь, то есть его источник — теплоту из класса весомых тел и отнёс его вместе со светом, магнетизмом и др. в разряд невесомых жидкостей.

В исследовании «Sur la chaleur», сделанное Лавуазье совместно с Лапласом, а также исследования над дыханием животных, произведённые Лавуазье совместно с Сегеном в 1789—1790 годах, имели громадное значение в физиологии. Эти исследования показали, что дыхание животных есть медленное горение, за счёт которого в организме поддерживается всегда постоянный запас тепла.

Траты, производимые в организме процессом горения, восполняются пищеварением. Названные исследования стараются установить соотношение между количеством выделяемой организмом углекислоты и состоянием покоя или работы, в котором организм находится. Лавуазье правильно понял значение и связь трёх важных функций животного организма: дыхания, пищеварения и транспирации.

Такое разделение внесло большую ясность как в общие воззрения, так и в расчёты химических превращений. Состав воздуха и воды был разъяснён Лавуазье; а что землю нельзя считать элементом, доказательств этому было уже накоплено много. Вместе с тем новое понятие об элементарных телах, установленное Бойлем (1661), было подкреплено Лавуазье и окончательно введено в науку.

Понятие об элементарных телах могло быть в то время, конечно, чисто эмпирическое, так как для широкой философской его концепции не было ещё данных. Элементарными телами Лавуазье считал те, которые в его время оставались ещё неразложенными. Различие между двумя классами простых тел, металлами и металлоидами, принадлежит Лавуазье.

Вопрос о трёх состояниях тел, близко связанный с учением о стихиях, был выдвинут Лавуазье. В этом отношении в воззрениях Лавуазье на природу различных состояний и связь их с теплотой уже ясно намечаются воззрения нашего времени. Он признавал теоретически возможность превращения понижением температуры (и увеличением давления) всех газообразных тел в жидкости и в твёрдые тела.

По воззрению Лавуазье газы состоят из весомого «основания» и из невесомой материи, теплоты, благодаря которой они сохраняют своё газообразное состояние. Если материю тепла отнимать от газа, то остаётся весомая материя в жидком или твёрдом виде, смотря по количеству отнятого тепла.

Лавуазье первый придал важное значение количественной стороне химических превращений веществ и сделал весы необходимой принадлежностью химической лаборатории. Он сам во всех своих исследованиях руководился тем принципом, что при различных химических превращениях вещество не пропадает, не творится вновь и что поэтому веса тел, участвующих в химическом превращении, до превращения и после него, остаются неизмененными.

Руководясь принципом, указанным Лавуазье, исследователи быстро пришли к выводам необычайной важности, к установлению законов, управляющих весовыми отношениями соединяющихся между собою веществ; а эти законы, в связи с законами объёмных отношений для газов, привели затем к установке понятий об атоме и частице, придающих необыкновенную простоту и ясность современной химической системе.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды.

Организмы же благодаря этим взаимоотношениям существуют в природе не как хаотичные скопления, а образуют определенные сообщества - надорганизменные системы (популяции, биоценозы, экосистемы), также являющиеся предметом экологии. Так как все живое организовано в экосистемы (вся биосфера в целом - это тоже экосистема высокого уровня), то человек также оказывается включенным в многочисленные экологические взаимосвязи.

Проблемы биосферы связаны с нынешним состоянием окружающей среды. Впрочем, как и все остальные экологические проблемы. И состояние окружающей среды все больше изменяется в худшую сторону, что влечет за собой увеличение в объеме уже существующих проблем и возникновение новых, к решению которых человечество еще не готово, так как еще не разработаны пути решения старых проблем, а появляются все новые.

Для написания данной работы были использованы ресурсы Сети Интернет.