Контрольная работа по концепции современного естествознания

       Изучение  процессов горения привело к  появлению первой научной теории в химии – теории флогистона. Основателем этой теории был немецкий профессор медицины Георг Шталь (1659-1734 гг.). Его очень интересовали реакции, которые лежали в основе металлургических процессов, получивших в то время широкое развитие. Наблюдая за процессом плавки, например, олова, он заметил, что часть металла теряется в виде окалины, но при соприкосновении с древесным углем вновь превращается в олово. Шталь сделал вывод о том, что уголь участвует в реакции, и предположил, что в угле содержится вещество, которое превращает «известь» в металл.

       Согласно  теории флогистона все вещества, способные  сгорать, считались сложными телами потому, что при сгорании образовывали «известь» - простое тело и флогистон.

       Под вопрос теорию флогистона поставили  опыты Бойля, который впервые  стал определять вес газов и взвешивал вещества после их сжигания. Оказалось, что при сжигании на воздухе вес веществ увеличивался, а не уменьшался, как бы хотелось с потерей флогистона.

       В отличие от Бойля Ломоносов проводил обжиг металлов не на воздухе, а в  запаянных трубках, которые взвешивал  до опыта и после опыта, не вскрывая их. Оказалось, что «вес сожженного металла остается в одной мере», т.е. масса вещества до и после реакции не изменяется. На основании многочисленных опытов в 1756 г. он формулирует один из основополагающих, действующих и по сей день законов естествознания – закон сохранения материи и движения.

       Гипотеза  же флогистона была опровергнута известным французским химиком Антуаном Лавуазье после открытия кислорода и установлении его роли в процессах горения и окисления. Лавуазье принадлежит первая попытка систематизации элементов по признаку их устойчивости к разложению. Принципиально важно то, что  в своей новой химической системе он впервые разделил вещества на простые вещества и химические соединения. Таким образом, химический элемент получил признанное существование.

       В 1869 г. русский химик Дмитрий Иванович Менделеев опубликовал статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов» о систематизации известных тогда 62 элементов на основании их атомного веса. В этой таблице ярко выявлена периодичность изменения свойств элементов с увеличением их сложности в каждом новом периоде.

       Периодический закон Менделеева выдержал испытание временем. Благодаря открытию рентгеновских лучей (Рентген, 1886 г.), радиоактивного распада (Пьер и Мария Кюри, 1895 г.), созданию квантовой теории излучения (Планк, 1900 г.), планетарной модели атома (Резерфорд, 1911 г.), теории строения атома (Бор, 1913 г.) было доказано, что атом является сложной делимой субъединицей вещества.

       В 1800-1808 гг. Пруст сформулировал закон  постоянства состава, согласно которому любое индивидуальное химическое соединение обладает строго определенным неизменным составом, «прочным притяжением составных частей» и тем отличается от смесей. С позиций атомно-молекулярного учения закон постоянства состава был обоснован выдающимся английским химиком Джоном Дальтоном. Он утверждал, что все простые и сложные индивидуальные вещества состоят из мельчайших частиц – молекул, которые в свою очередь образованы из атомов химических элементов. Именно молекулы являются наименьшими частицами, обладающими свойствами вещества.

       Однако, отношение к закону о постоянстве  состава молекул как универсальному изменили исследования интерметаллических соединений и монокристаллов, которыми было доказано, что возможно образование соединений как с постоянным составом, так и с переменным.

         Таким образом, химики убедительно  доказали, что существуют как соединения постоянного, так и переменного состава, причем последние отличаются тем, что не имеют молекулярного строения.¹ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

______________________________________

¹ Тимофеева С.С., Медведева С.А, Ларионова Е.Ю. «Основы современного естествознания и экологии» - Ростов н/Д: «Феникс», 2004 – с.189.

Проблемы  происхождения и  развития Земли.

       Земля – самая большая планета земной группы планет Солнечной системы. Она  образовалась 4,6 млрд. лет назад. Ее масса 5,98*10²⁴ кг, диаметр 12756 км, плотность 5510 кг/м³. средняя скорость ее движения по орбите 29,765 км/с. Период обращения вокруг Солнца составляет 365,24 суток. Наклон земной оси к плоскости эклептики 66°33′22″. Период вращения вокруг своей оси 23 часа 56 мин 4,1 секунды. Земля имеет форму близкую к эллипсоиду, она сплющена у полюсов и растянута в экваториальной зоне.

       В Солнечной системе нет другой планеты, на которой мог бы выжить человек. Необходимым условием для  жизни белковых тел является наличие  атмосферы, которая бы позволила живым существам дышать и защищала бы планету от смертоносной коротковолновой радиации, приходящей из космоса. Положение Земли в Солнечной системе, ее размер, плотная масса явились причиной образования у нее атмосферы особого типа, поэтому Земле такая радиация не угрожает, поскольку она поглощается в верхнем слое атмосферы озоновым поясом.

       В создании атмосферы огромную роль играет масса Земли. Меньшая масса способствовала бы тому, что улетучились бы не только водород, но и все другие газы. Атмосфера Земли отличается низким содержанием углекислого газа и высоким содержанием молекулярного кислорода. Два фактора позволяют формировать такую атмосферу: вода океанов и морей хорошо поглощает углекислый газ, а биосфера насыщает атмосферу молекулярным кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза.

       Определенное  расстояние Земли от Солнца позволяет  создать ту температуру, что необходима для существования белковых тел.

       На  Земле активно протекают тектонические  процессы, что считают признаком  жизнедеятельности планеты, ее развития, так как именно при землетрясениях и извержении вулканов происходит активный обмен веществом и энергией между недрами и поверхностью планеты, в ходе которого формируются и поддерживаются атмосфера, гидросфера и господствующие типы рельефа поверхности. Рельеф земной поверхности в целом характеризуется глобальной асимметрией двух полушарий – северного и южного. Одно из них представляет собой гигантское пространство, заполненное водой, это океаны. В другом полушарии сосредоточены поднятия коры, образующие континенты.

       Полагают, что 600 млн. лет назад на Земле  было несколько подвижных континентальных  плит, весьма похожих на современные. Благодаря перемещению континентов  произошло объединение их в единый суперконтинент, ориентированный в субмеридианном направлении, который был назван Пангея. Спустя 300-200 лет, Пангея начала распадаться на части, что привело сначала к образованию континентов Гондваны и Лавразии, а затем из них сформировались современные материки.

       Современная наука о Земле, объясняющая динамику процессов в земной коре, строит свои знания, опираясь на теорию дрейфа континентов, которая основывается на тектонике литосферных плит. Согласно этой теории считается, что верхний слой земной коры состоит примерно из 15 жестких плит, из них 6-7 являются крупными, которые могут сталкиваться, погружаться друг под друга медленно скользя и перемещаясь горизонтально, на горячем, пластичном слое мантии нашей планеты – астеносфере. Вместе с плитами могут перемещаться и континенты. Именно поэтому механизму поверхность Земли приводится в состояние, близкое к гидростатическому равновесию.

       Возникновение теории неомоблизма связано с  открытием в 60-х гг. ХХ века на дне  Мирового океана цепи срединных горных хребтов, тянущихся на десятки тысяч  километров. Рельеф океанического дна оказался отличным от континентального рельефа. Вдоль центральных частей срединно-океанических хребтов протянулись разломы, так называемые рифтовые зоны, через которые из мантии на поверхность в виде мощных потоков выходят свежие массы вещества. Они раздвигают кору, формируя ее в процессе непрерывного обновления. Однако, если новые участки поверхности наращиваются вдоль хребтов, а площадь поверхности Земли практически не изменилась за время ее существования, значит, должны быть зоны уничтожения поверхности. Это зоны субдукции – глубоководные океанические желоба, где океаническая кора погружается под одну из островных дуг или под край континента. Эти зоны характеризуются повышенной сейсмической и вулканической деятельностью. Таким образом, близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны. В глубоководных желобах одна плита подвигается на другую и поглощается мантией. Там же, где плиты сталкиваются между собой, возникают складчатые сооружения. Расслоение недр Земли по плотности рождает своего рода течения в мантии. Эти течения и заставляют дрейфовать глобальные плиты с выступающими из Мирового океана континентами. Дно мирового океана, считавшееся всегда нейтральным в геологическом отношении, оказалось живым, разделяющим жизнь материков.

       По  этой модели предполагается, что через  несколько сот миллионов лет  может возникнуть новый континент  из Азии и Северной и Южной Америки. Атлантический океан будет при  этом расширяться, а Тихий океан закроется из-за субдукции Восточно-Тихоокеанского спредингового центра.

       Земля, в отличие от других планет Солнечной  системы, имеет сильное магнитное  поле, что связано с особенностями  ее геологического строения. Благодаря  зондированию недр Земли сейсмическими волнами удалось установить, что она имеет оболочечное строение и дифференцированный химический состав. Различают три главные концентрически расположенные области: кора, мантия и ядро. Ядро и мантия в свою очередь подразделяются на дополнительные оболочки, различающиеся физико-химическими свойствами. Каждая из оболочек Земли представляет собой открытую систему, обладающую определенной автономией и своими внутренними законами развития, но при этом они тесно взаимодействуют друг с другом.

       Существуют  две гипотезы формирования нашей  планеты: гипотеза горячего и гипотеза холодного начального состояния Земли. Первая из них считает, что образование Земли происходило в рамках общей космогонической схемы образования планет Солнечной системы. В зоне, близкой к Солнцу, где протопланетное вещество остывало медленно, и первыми начали конденсироваться наиболее тугоплавкие вещества, вначале оформились протоядро Земли из наиболее тугоплавких металлов железа и никеля. При дальнейшем остывании облака начали конденсироваться силикаты металлов и соединения серы, которые очень быстро присоединились к ядру и стали впоследствии мантией. Когда температура облака стала почти такой, какую имеет Земля в настоящее время, стали конденсироваться более крупные молекулы и вода, а легкие газы были отброшены солнечным ветром.

       Важнейшую роль в формировании Земли и ее химической эволюции сыграла радиоактивность, которая на планета была достаточно высока. Подвергаясь радиоактивному нагреву, она испытывала химическую дифференциацию, которая завершила формирование у нее внутреннего металлического ядра. От радиоактивного разогрева плавились остатки железной фазы, сохранившиеся в первичных мантиях, примесь сернистого железа облегчала это плавание. Металлическая и сульфидно- металлическая фазы, стекли в центральные области и сформировали четкие границы ядер. Более легкие элементы переходили вверх, формируя химический состав литосферы. Дегазация мантии при выплавлении легкоплавких фракций приводила к базальтовым расплавам, которые тоже изливались на поверхность планеты. Газовые компоненты, вырывающиеся вместе с ними, дали начало первичной атмосфере, которую Земля благодаря своей массе смогла удержать.

       Вторая  гипотеза – холодного происхождения  Земли – говорит о том, что  в процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака ее масса постепенно увеличивалась. Росли силы тяготения, а следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее разогревалась. Энергия удара освобождалась не на  поверхности, а на глубине, в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучаться в пространство, оставаясь в недрах земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км приблизилась к точке плавления. Повышение температуры вызвало распад короткоживущих радиоактивных изотопов. Первые возникшие расплавы, по-видимому, представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, формирование Земли и ее ядра уже на начальной стадии образования происходило за счет дифференциации вещества.

       Сегодня Земля – единственная на м планета  Солнечной системы, на которой существует белковая жизнь. Судя по набору химических элементов, присутствующих на Земле, она является планетой второго поколения Вселенной. Только на этой планете самоорганизация вещества достигла необычайно высокой степени развития, совершив качественный скачек к высшим формам упорядоченности.¹ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

______________________________________

¹ Тимофеева С.С., Медведева С.А, Ларионова Е.Ю. «Основы современного естествознания и экологии» - Ростов н/Д: «Феникс», 2004 – с.126.

Какие гипотезы происхождения  живой материи  вам известны?

       Примерно 4,6 млрд. лет назад в системе небольшой звезды (Солнца) появился сгусток раскаленных газов и космической пыли. Постепенно остывая и притягивая к себе все новые порции межзвездных частиц, сгусток рос и отвердевал. Так возникло новое космическое тело – планета Земля. Спустя всего 0,5 млрд. лет на этой планете возникла жизнь.

       Вопросы о происхождении и сущности земли  издавна стали предметом интереса человека в его стремлении разобраться  в окружающем мире, понять самого себя и определить свое место в природе. Многовековые попытки решения этих вопросов породили ряд разнообразных концепций возникновения жизни на Земле и Вселенной.