Валентность - количественная характеристика, показывающая число взаимодействующих между собой атомов в образовавшейся молекуле.
Катализатор - вещество, влияющее на скорость химической реакции.
Катализ - ускорение химической реакции, благодаря присутствию специального вещества.
Ингибирование - замедление химической реакции, благодаря присутствию специального вещества.
Органогены - химические элементы, участвующие в создании и жизнедеятельности организмов.
Химическая связь - это взаимодействие, связывающее отдельные атомы в молекулы, ионы, кристаллы.
Химическая кинетика - описание и объяснение химических процессов.
Тема 12. Проблемы и перспективы современной геологии
1. Основные этапы развития наук о Земле
Физические, космологические и химические концепции подвели нас вплотную к представлениям о Земле, ее происхождении, строении и разнообразных свойствах. Исследователи и путешественники, наблюдатели и философы создали единую географическую картину мира, рисующую Землю как сложную систему, состоящую из различных, но взаимосвязанных элементов: горных пород и почвы, климата и воды, флоры и фауны.
Различные науки о Земле, имея один объект исследования - Землю, развиваются вместе, взаимно обогащая друг друга. Они тесно взаимодействуют с физикой, химией, биологией, на стыках, с которыми возникают новые научные направления, решающие задачу объяснения единства вещества Земли, баланса ее энергии, глобальных процессов, объединяющих различные сферы Земли, а также отдельные участки ее поверхности.
В становлении и развитии наук о Земле выделяют три этапа:
1.Доклассический (от античности до XVII века)
2.Классический (XVIII - первая половина XX века)
3.Неклассический (60-е годы XX века по настоящее время)
В первый период были выдвинуты идеи о шарообразности Земли и климатической зональности. Древние греки и римляне знали о поднятии и опускании суши, землетрясениях, вулканах и вулканической деятельности; о том, что полезные ископаемые зарождаются и находятся в недрах Земли. Они имели представление о многих горных породах и минералах, парагенезе, геологическом строении некоторых участков земной коры, об осадконакоплении и осадкообразовании, могли оценить последствия деятельности человека в «геологическом отношении».
Во второй период разрабатываются концепции активности Земли: нептунизм, плутонизм, катастрофизм, униформизм, актуализм, мобилизм и т.д. Согласно концепции нептунизма (А.Г. Вернер), все горные породы отложились в виде осадков из Всемирного океана. Плутонизм видел динамический исток всех явлений во внутреннем тепле Земли, вызывающем землетрясения и извержения вулканов. В этих концепциях активность Земли связывается с одной из геооболочек. Униформизм настаивал на том, что геологические явления в прошлом были такими же, как и в настоящее время. Сторонники актуализма считали, что, используя сравнительно-исторический метод, можно судить о прошлых геологических процессах.
В третий, неклассический, период фактуальный потенциал настолько возрос, что оказалась возможной концепция глобальной эволюции Земли. Согласно этой концепции, несколько миллиардов лет назад вокруг Солнца обращалось гигантское холодное газопылевое облако. Частицы, составлявшие первоначальную туманность, сталкивались друг с другом и образовывали холодные твердые сгустки, впоследствии ставшие планетами. Разогревание их произошло позже благодаря сжатию и поступлению солнечной энергии.
Теории эволюции Земли, то есть полного и непротиворечивого описания развития ядра и мантии Земли, океанической и континентальной коры, атмосферы, гидросферы и биосферы пока не существует. Имеется несколько направлений и школ, возглавляемых ведущими специалистами в области геофизики, геохимии и геологии. Сложность возникающих проблем, неоднозначность трактовки уже добытых фактов пока не позволяют соединить в единой картине данные, полученные при различных подходах.
2. История геологического развития Земли
Ученые разделяют историю Земли на длительные промежутки времени - эоны. Эоны - на эры, эры - на периоды, периоды - на эпохи, эпохи - на века. Разделение на эры и периоды не случайно. Окончание одной эры и начало другой знаменовалось существенными преобразованиями лика Земли, изменением соотношения суши и моря, интенсивными горообразовательными процессами.
Геологическая история Земли делится на два эона: криптозойский и фанерозойский. Криптозойский (от греч. крипто - тайный, скрытый и греч. zoе - жизнь) эон - интервал времени (свыше 3000 млн. лет), в течение которого сформировались докембрийские толщи пород, лишенные явных остатков скелетной фауны. Он составляет 5/6 всего геологического летоисчисления. Фанерозой(от греч. фанеро - явный и zoе - жизнь), охватывает последние 570 млн. лет. Выделен в 1930 году американским геологом Дж. Чедвиком наряду с криптозойским эоном.
Самый древний этап в геологической истории Земли - катархей (ниже древнейшего) и архей (древнейший). Это время активной вулканической деятельности на планете. В отложениях этих эр остатки организмов практически не обнаружены. Горные породы архея представлены гнейсами (метаморфическая горная порода, состоящая из кварца, полевого шпата и слюды), кристаллическими сланцами, кварцитами.
На грани архейской и следующей за ней протерозойской (от греч. proteros - более ранний, первый; zoe - жизнь) эры в результате горообразовательных процессов произошло значительное перераспределение суши и моря на Земле.
Протерозой - огромный по продолжительности (около 2 млрд. лет) этап исторического развития Земли. Это эра возникновения жизни на Земле. Жизнь становится важным геологическим фактором. Живые организмы изменяют форму и состав земной коры. В результате фотосинтетической деятельности неузнаваемо изменился состав атмосферы. К этой эре относится образование крупнейших залежей железных руд (курские, криворожские) органогенного происхождения.
Между протерозойской и палеозойской эрами (около 600 млн. лет назад) происходил очередной период интенсивного горообразования. Вновь перераспределяются площади суши и моря на Земле. Накопленные в течение протерозоя мощные слои осадков в результате сжатий, поднятий дна моря превратились в горные породы.
Палеозойская эра (от греч. palaios - древний, zoe - жизнь) - первая эра фанерозойского эона. Продолжительность - около 240-350 млн. лет. Это эра активного горообразования. Животный мир развился от примитивных морских животных до наземных пресмыкающихся, а растительный - до хвойных растений. Из полезных ископаемых появляются каменный уголь, нефть, горючие сланцы, фосфориты.
Следующая эра - мезозойская (от греч. mesoa - средний, zoe - жизнь). Ее продолжительность - около 173 млн. лет. Это время интенсивного горообразования на периферии Тихого, Атлантического и Индийского океанов, эра господства гигантских пресмыкающихся на суше, в морях и в воздухе (динозавров, ихтиозавров и др.). Появляются многочисленные насекомые, костистые рыбы, птицы, млекопитающие, а из растений - лиственные деревья.
Около 60-70 млн. лет назад началась кайнозойская (от греч. kainos - новый, zoe - жизнь) и продолжается в настоящее время. Она характеризуется интенсивными горообразовательными процессами, неоднократными наступлениями моря на сушу и его отступлениями. Около 0,7 - 1,8 млн. лет назад произошло резкое изменение климата, сопровождавшееся мощным материковым оледенением, охватившим огромные площади в Евразии и Северной Америке. Накопление гигантских запасов льда на суше привело к существенному понижению уровня Мирового океана (на 60-70 м). В конце кайнозойской эры появился человек.
3. Внутреннее строение Земли
Современные концепции геосферных оболочек
Шарообразность Земли, расположение на ней основных масс твердого, жидкого и газообразного вещества, а также многие ее физико-химические свойства позволили для удобства ее исследования выделить внутри Земли и вокруг нее ряд концентрических оболочек различной плотности и химического состава. Впервые такой подход к изучению нашей планеты предложил австрийский геолог Э. Зюсс. В своем трехтомном труде «Лик Земли» он обобщил представления предшественников о строении и развитии земной коры и назвал выделяемые по различным признакам концентрические оболочки Земли геосферами.
В настоящее время в направлении от периферии к центру Земли различают магнитосферу, атмосферу, гидросферу, земную кору, мантию Земли и ее ядро. Земная кора, гидросфера, атмосфера, магнитосфера описаны подробно. Что касается мантии и ядра, то они исследованы недостаточно. Для их изучения применяются методы, основанные главным образом на способности световых, звуковых и ударных волн по-разному распространяться в различных сферах.
Центральная область Земли - ядро. Оно ограничено сферической поверхностью на глубине 2900 км. Вещество ядра обладает повышенной плотностью и электропроводностью. Радиус ядра 3470 км. Предполагают, что ядро состоит из двух частей: внутренней (радиусом 1300 км) твердой и очень плотной от огромного сжатия оболочки, состоящей из металлического железа, и внешней оболочки из расплавленных минералов с температурой 5000-6000о С.
83% объема Земли и 67 % ее массы составляет ее мантия. Верхняя граница мантии проходит на глубине от 5-10 до 70 км. Нижняя - на глубине 2900 км. Предполагается, что мантия Земли сложена в основном оливином - минералом, содержащим кремний, железо и магний. Благодаря высокому давлению вещество мантии, по - видимому, находится в твердом кристаллическом состоянии, за исключением атмосферы. Температура в мантии не превышает 2000-2500о С. С процессами в мантии Земли связаны тектонические движения земной коры, извержения вулканов и другие процессы.
Земная кора - твердая внешняя оболочка земного шара толщиной в среднем 35-40 км. Различают два вида земной коры - материковую или континентальную и океаническую.
Материковая земная кора состоит из трех слоев: верхнего осадочного, среднего «гранитного» и нижнего «базальтового», названных по их преимущественному составу. Мощность материковой коры - 35-40 км под равнинами и 70 км в области гор.
Океаническая земная кора не имеет «гранитного» слоя, а ее осадочный слой обладает меньшей мощностью по сравнению с материковой корой. Океаническая кора имеет мощность от 5 до 10 км.
Земная кора подвержена постоянным тектоническим движениям. Одна из современных теорий, объясняющих динамику процессов в земной коре, называется теорией неомобилизма. Ее появление относится к концу 60-х годов XX в. и вызвано сенсационным открытием на дне океана цепи горных хребтов, оплетающих земной шар. Ее длина превышает 72 тыс.км. Компьютерные программы, построенные на основе теории неомобилизма, позволили смоделировать динамические процессы, происходившие внутри Земли и на ее поверхности в относительно близкие эпохи прошлого.
Ученые считают, что геосферные оболочки возникли в результате дифференциации вещественного состава первичной Земли. Они отличаются по плотности и химическому составу.
Земную кору и верхний слой верхней мантии объединяют в общую твердую оболочку - литосферу. Общая ее мощность составляет, вероятно, 50-200 км. Она имеет важное значение, так как создает твердый слой на поверхности Земли, на котором возникает жизнь. Она содержит в себе полезные ископаемые, необходимые для жизни человека, имеет особый органический слой - почву, создающую условия для жизни растительных организмов, которые, в свою очередь, являются пищей для человека и животных.
Гидросфера - водная оболочка Земли, совокупность всех природных вод планеты. Она включает мировой океан, воды суши и находится в тесном взаимодействии с литосферой (подземные воды), атмосферой (водяной пар), и живыми организмами. Гидросфера едина, так как все воды взаимосвязаны и находятся в постоянном круговороте. В.И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов…Все земное вещество…ею проникнуто».
Атмосфера - газовая оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и участвующая в ее суточном и годовом вращении. Впервые термин «атмосфера» ввел в практику М.В. Ломоносов. Атмосфера состоит из смеси газов, называемой воздухом. Нижней границей атмосферы является поверхность Земли. Четко выраженной верхней границы она не имеет. Условно ее проводят на высоте около 2000-3000 км.
С высотой температура, давление и плотность воздуха в атмосфере меняются. В зависимости от этого принято деление атмосферы на несколько слоев: тропосфера (толщина 16-18 км над экватором), стратосфера (50-55 км), мезосфера (80-85 км), термосфера (от 85 до 600-800 км). Атмосфера защищает Землю от влияния открытого космоса, поддерживает температурное равновесие и благоприятный режим, содержит азот, входящий в состав почти всех живых организмов, и кислород, необходимый для дыхания. Одним из важнейших компонентов атмосферы является изотоп кислорода - озон. Озоновый слой, являясь экраном от ультрафиолетового излучения, играет исключительно важную роль в сохранении жизни на Земле.
Особая комплексная оболочка Земли, в пределах которой соприкасаются, проникают друг в друга и взаимодействуют верхняя часть литосферы, гидросферы, нижняя часть атмосферы называется географической оболочкой. Границы географической оболочки разные ученые определяют по-разному. Верхняя граница совпадает с границей тропосферы или озоновым экраном, а нижняя - граница земной коры или нижняя граница ее осадочного слоя.
Целостность географической оболочки обеспечивается постоянным обменом веществ и энергией между сушей, атмосферой, мировым океаном и организмами. Учение о географической оболочке было разработано А.А. Григорьевым.
Основные понятия темы:
Земля - третья по счету от Солнца планета в Солнечной системе.
Нептунизм - концепция, согласно которой все горные породы отложились в виде осадков из Всемирного океана.
Плутонизм - концепция, согласно которой все процессы на Земле обусловлены ее внутренним теплом.
Униформизм - концепция о неизменности геологических явлений в истории Земли.
Ядро Земли - центральная область Земли, ограниченная сферической поверхностью на глубине 2900 км.
Мантия Земли - одна из внутренних оболочек, расположенная между Земной корой и ядром.
Земная кора - твердая внешняя оболочка земного шара толщиной в среднем 35-40 км, часть литосферы.
Эра геологическая - длительный этап геологической истории и развития жизни на Земле, соответствующий времени образования определенных горных пород.
Литосфера - верхняя оболочка Земли.
Атмосфера - газовая оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести и участвующая в ее суточном и годовом вращении.
Гидросфера - водная оболочка Земли, совокупность всех природных вод планеты.
Тема 13. Особенности биологического уровня организации материи
1. Биология как система наук о живой природе
Термин «биология» был введен впервые в XIX веке Жаном Батистом Ламарком. Биология изучает бесчисленные формы живых организмов, их строение, функции, индивидуальное развитие, взаимоотношение друг с другом и с окружающей средой. Предмет биологии - жизнь, которая является наиболее сложной формой организации и движения материи. Поэтому она представляет собой систему наук и ее структуру можно рассматривать с разных точек зрения. По объекту исследования в биологии выделяют вирусологию, бактериологию, ботанику, зоологию, антропологию. По свойствам и проявлениям живого биология подразделяется на морфологию (строение организмов), физиологию (функционирование организмов), молекулярную биологию (микроструктура живых тканей и клеток), экологию (образ жизни растений и животных, их связи с окружающей средой), генетику (законы наследственности). По уровню организации изучаемых живых объектов в биологии выделяют: анатомию (строение организма), гистологию (строение тканей), цитологию (строение живых клеток).
Исторически биология развивалась как описательная наука о многообразных формах и видах растительного и животного мира. Поэтому важнейшее место в ней занимали методы анализа, систематизации и классификации огромного эмпирического материала, накопленного натуралистами.
Поиски единой основы живых форм привели к изучению их сначала на клеточном, а затем на молекулярном уровне. Попытки создания классификаций видов растений и животных привели к идеям и принципам теории эволюции. Описательная биология послужила эмпирическим фундаментом, на котором сформировался единый, целостный взгляд на многообразный мир живых систем, связанный с изучением структуры биологических систем, структурных уровней организации живой материи. Поэтому в развитии биологии обычно выделяют три основных этапа:
этап систематики (К. Линней);
эволюционный этап (Ч. Дарвин);
этап биологии микромира (Г. Мендель).
Развитие биологии все больше убеждает ученых в единстве природы, в связи органического и неорганического миров.
2. Основные концепции происхождения жизни. Сущность живого
В биологии сложились четыре подхода к объяснению феномена жизни:
Витализм - объяснение специфики жизни наличием в организмах особой «жизненной силы» (vitalis - жизненный).
Редукционизм - сведение процессов жизнедеятельности к совокупности определенных химических реакций.
Композиционизм считает основной причиной функционирования явлений жизни межорганизменные связи.
Функционализм возник в связи с обсуждением вопроса о возможности жизни на других планетах, природа и структура живого может различаться, сходство же будет проявляться только в функциях.
В соответствии с этими подходами существует несколько концепций происхождения жизни. Наиболее распространенными из них являются следующие:
Креационизм - жизнь была создана сверхъестественным путем в определенное время.
Самопроизвольное (спонтанное) зарождение: жизнь возникала неоднократно из неживого вещества. Ван Гельмонт (1577-1644) описал эксперимент, в котором он за 3 недели якобы создал мышей. Для этого понадобились грязная рубашка, темный шкаф и горсть пшеницы. Активным началом служил человеческий пот. Опровержение этому дал в 1688 г. Франческо Реди из Флоренции. До сих пор важное значение в биологии имеет знаменитый «принцип Реди», согласно которому жизнь может возникнуть только из предшествующей жизни (биогенез). Реди провел такой эксперимент: он взял четыре больших сосуда, в первый поместил змею, во второй - немного рыбы, в третий - угрей, в четвертый - кусок молодой телятины. Эти сосуды он плотно закрыл и запечатал. То же самое поместил в четыре других сосуда, но оставил их открытыми. Видел мух, свободно влетающих и вылетающих из этих сосудов. В результате в открытых сосудах были обнаружены маленькие белые червячки (личинки мух), а в запечатанных сосудах не было ни одной личинки.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26
