Человек как биологический и социальный организм природы

контрольная работа

7. Биосфера и космос. Экологическое значение их взаимодействия. Космическое излучение. Магнитное поле земли. Озоновый экран

Современная кислородная атмосфера Земли - уникальное явление среди планет Солнечной системы, и эта ее особенность связана с наличием на нашей планете жизни. О том, какой могла быть первичная атмосфера, можно судить по составу атмосферы других планет, а он достаточно хорошо изучен при помощи современных астрофизических методов. Кроме азота, составляющего большую часть и современной атмосферы, в первичной атмосфере Земли содержались углекислый газ и окись углерода, метан, цианистый водород, аммиак, водород н, разумеется, пары воды. Свободный кислород в ничтожной концентрации присутствовал, по-видимому, только в верхних слоях атмосферы, где он возникал в результате частичного разложения воды под действием жестких излучений и быстро связывался вновь. Состоявшая из восстановленных веществ и соединений, первичная атмосфера в целом обладала восстановительными свойствами.

В условиях восстановительной атмосферы и отсутствия растворенного кислорода в воде первичного океана из органических веществ, синтезированных в результате физико-химических процессов на поверхности остывающей планеты, около 4 миллиардов лет назад возникла жизнь. Только тогда, когда в процессе эволюции в первичном океане возникли первые организмы, способные к фотосинтезу, началось преобразование атмосферы, поскольку газообмен между воздухом и водой шел по всей огромной поверхности океана, в котором кишели микроскопические водоросли. Однако, хотя при восстановлении углерода и водорода в процессе фотосинтеза выделяется 2,67 г кислорода на каждый грамм углерода, вошедшего в состав органического вещества, при минерализации веществ, составляющих организм водоросли, после ее гибели весь углерод вновь окисляется, связывая ровно столько кислорода, сколько его было выделено при фотосинтезе. Суммарная реакция фотосинтеза (1), идущая в обратном направлении, представляет собой суммарную реакцию дыхания, в которой энергия (Ј), поглощенная при фотосинтезе в форме световой, выделяется при дыхании в форме химической (энергия «макроэргических» связей аденозинтрифосфата) и отчасти рассеивается в форме тепловой.

6СО2 + 6Н4О + Е С6Н12О6 + 602 (1).

Свободный кислород может накапливаться в атмосфере только при условия, что часть возникающего при фотосинтезе и как угодно преобразованного (например, вошедшего в состав тел животных) органического вещества не разлагается вновь, а откладывается, изолируется от взаимодействия с кислородом. Огромные запасы ископаемых органических веществ - угля, жидких и газообразных углеводородов, накапливавшихся в осадочных породах в течение более чем 2 миллиардов лет, есть соединения восстановленных элементов, «оторванных» фотосинтезом растений от кислорода, постепенно накапливавшегося при этом в атмосфере.

С тех пор как атмосфера Земли перестала быть восстановительной и в ней появился свободный кислород, в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения Солнца стал синтезироваться озон - трехатомный кислород. В отличие от обычного кислорода озон неустойчив, он легко переходит в двухатомную, устойчивую форму кислорода. Озон - гораздо более сильный окислитель, чем кислород, и это делает его способным убивать бактерии, подавлять рост и развитие растений. Впрочем, из-за его низкой в обычных условиях концентрации в приземных слоях воздуха эти его особенности практически не влияют на состояние живых систем. Гораздо важнее другое его свойство, делающее этот газ совершенно необходимым для всей жизни на суше. Это свойство - способность озона поглощать жесткое (коротковолновое) ультрафиолетовое излучение (УФ). Кванты жесткого УФ обладают энергией, достаточной для разрыва некоторых химических связей, почему его относят к ионизирующим излучениям. Как и другие излучения этого рода, рентгеновское и гамма-излучение, оно вызывает многочисленные нарушения в клетках живых организмов.

В составе излучений Солнца жесткие УФ-лучи составляют значительную по мощности часть. До появления в атмосфере озона поверхность Земли находилась под постоянным воздействием жесткого УФ-излучения. Оно не проникает в толщу воды, сушу жизнь могла выйти только тогда, когда озоновый экран планеты стал достаточно мощным. Это произошло в силурийском периоде палеозойской эры, более 400 миллионов лет назад. С тех пор как содержание кислорода в атмосфере, так, следовательно, и мощность озонового экрана не были постоянными. Эволюция земной коры шла неравномерно, в периоды повышенной вулканической активности массы выбрасываемых с магмой восстановленных пород, окисляясь на воздухе, частично связывали кислород. Даже незначительное количество хлора, содержащегося в вулканических газах, активно разрушая озон, способствовало снижению его содержания в атмосфере. В этих условиях Земля подвергалась, по-видимому, усиленному УФ-облучению, что, с одной стороны, способствовало гибели части видов наземных растений и животных, с другой - повышало частоту мутаций, способствуя интенсификации процессов эволюции.

Можно, таким образом, предполагать, что неравномерность хода эволюционных процессов наземных форм жизни связана с неравномерностью геологической эволюции земной коры многими факторами, в числе которых изменения мощности озонового слоя играли не последнюю роль.

Делись добром ;)