Теория саморазвития каталитических систем А. П. Руденко. 
Зональные, континентальные и океанические комплексы

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО КОНЦЕПЦИЯМ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Естествознание, по своей сути, является наукой о законах, явлениях и свойствах объектов природы. Данная наука включает в себя учения, различные фундаментальные теории и законы, основные понятия различных сферах знаний, таких как физика, биология, химия, биохимия и многие другие. Естествознание затрагивает многочисленные и многосторонние вопросы, связанные с проявлениями природы и рассматривает их как единое целое.

Такой обширный материал профессора и ученые вложили в единое понятие концепции, то есть основополагающие идеи и системы взглядов. Такой подход успешен для понимания основ.

Знания концепций современного естествознания могут помочь специалистам в гуманитарной сфере, а также «расширить кругозор и познакомиться с конкретными естественнонаучными проблемами, тесно связанными с экономическими, социальными и другими задачами, от решений которых зависит уровень жизни каждого из нас». Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. М., 2000. С. 11.

Задание № 1. Общая теория химической эволюции и биогенеза А.П. Руденко

Химию обычно рассматривают как науку о свойствах, составе и качественном превращении различных веществ. В зависимости от скорости химических реакций, подвергающихся воздействиям различных катализаторов, происходит процесс перехода от химических систем к биологическим, то есть своего рода эволюция. Такие каталитические процессы усиливаются по мере усложнения состава и структуры этих систем.

Химическая эволюция, приводящая к возникновению жизни, — биогенез, является единственной формой диалектического перехода от неживого вещества в живое среди всех возможных процессов развития материального мира.

Эволюционная химия зародилась в 1950 — 1960 гг. В ее основе лежат процессы биокатализа, ферментологии. Она ориентирована на исследование молекулярного уровня живого, что основой живого является биокатализ, то есть присутствие различных природных веществ в химической реакции, способных управлять ею, замедляя или ускоряя ее протекание. «Эти катализаторы в живых системах определены самой природой, что и служит идеалом для многих химиков». Мотылева Л. С. Концепции современного естествознания. М., 2000. С. 65.

Роль каталитических процессов усиливалась по мере усложнения состава и структуры химических систем. На этом основании некоторые ученые стали связывать химическую эволюцию с самоорганизацией и саморазвитием каталитических систем.

Так, ученый Руденко А. П. создал такую собственную теорию, которая в дальнейшем преобразовалась в общую теорию химической эволюции и биогенеза. Для первоначального этапа для построения живых систем достаточно малого количества элементов (водород, кислород, углерод, азот, сера и фосфор), занимающих примерно 98% весовой доли живых организмов. Наподобие этого строятся и другие органические соединения.

Так, можно сказать, что в ходе предбиологической эволюции происходит отбор тех органических структур, которые отличаются особой активностью и своим содействием усилению действия каталитических систем.

Единые физические и химические законы управляют процессами развития в природе, но часто встречаются достаточно сложные процессы эволюции, связанные с самоорганизацией систем.

«Профессор Руденко рассматривает химическую эволюцию как процесс саморазвития и самоорганизации открытых каталитических систем. Такие системы являются открытыми, так как их функционирование основано на постоянном притоке новой энергии и выводом готовых продуктов». ^{, 2} Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. М., 2008. С. 189, 190.

³ Мотылева Л. С. Концепции современного естествознания. М., 2000. С. 70. Основным источником энергии, по его мнению, является химическая реакция, которая борется с равновесием и самоорганизацией каталитических систем. В результате борьбы преимущество получает та, которая развивается на основе реакции с большим выделение тепла и с ростом активности.

Большую роль в этом процессе играет так называемый автокатализ, благодаря возникновению которого происходит самоускорение базисной реакции. Это состояние будет сдерживаться постоянным уровнем температуры в системе. Так возникает первый кинетический предел, который преодолевается за счет превращения отдельных каталитических центров в центр функциональных циклов. Дальше скорость реакции может сдерживаться концентрацией реагирующих веществ, в результате чего появляется второй кинетический предел, который преодолевается с помощью «пространственного дублирования сложных каталитических систем, их разъединением и дальнейшим самостоятельным существованием. Самовоспроизведение и дубликация системы означают уже переход от химической эволюции к биологической». После появления второго кинетического предела химическая переход заканчивается и начинается новый.

Существует разделение химической эволюции на определенные этапы:

1. астрофизический (синтез ядер химических элементов, синтез молекул в межзвездной среде);

2. космохимический (эволюция химических соединений на планетах, спутниках и кометах);

3. геохимический;

4. биогеохимический;

5. антропохимический.

В данной теории были решены вопросы о движущих силах и механизмах эволюционного процесса, то есть «о законах химической эволюции, об отборе элементов и структур и их причинной обусловленности, о высоте химической организации и иерархии химических систем как следствии эволюции». ³

Теория саморазвития каталитических систем Руденко дает такие возможности, как:

Ё выявлять этапы химической эволюции и на этой основе классифицировать катализаторы по уровню их организации;

Ё использовать принципиально новый метод изучения катализа;

Ё давать конкретную характеристику пределов в химической эволюции и перехода от химогенеза (химического становления) к биогенезу.

Сегодня химики пришли к выводу, что, используя те же принципы, на которых построена химия организмов, в будущем можно будет построить новую химию, новое управление химическими процессами, где начнут применяться принципы синтеза себе подобных молекул. Для освоения каталитического опыта живой природы и реализации полученных знаний в промышленном производстве химики наметили рад перспективных путей.

Первый путь — развитие исследований в области металлокомплексного катализа с ориентацией на соответствующие объекты живой природы.

Второй путь — моделирование биокатализаторов

Третий путь иммобилизация систем (закрепление выделенных из живого организма ферментов на твердой поверхности путем адсорбции, которая превращает их в гетерогенный катализатор и обеспечивает его стабильность и непрерывное действие).

Четвертый путь — изучение и освоение всего каталитического опыта живой природы, в том числе и формирования фермента, клетки и даже организма.

Можно сделать вывод, что Руденко А. П. в своей концепции обратил внимание на эволюцию каталитических систем. Но такая эволюция не могла осуществиться без отбора тех химических элементов и их соединений, которые играли решающую роль в самоорганизации процессов и являлись необходимым условием возникновения и ускорения эволюции.

Задание № 2 Географическая оболочка земли. Понятие зональных, континентальных и океанических комплексов

«Географические процессы являются продолжением космической эволюции при образовании галактик, звездных и планетных систем». Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. М., 2000. С. 191. Они связаны с химическими реакциями и многими другими явлениями. В результате воздействия внутренних и внешних физических, химических процессов неорганической, а затем и живой природы создаются, меняются геосферные оболочки.

Приповерхностные части планеты (верхняя часть литосферы, гидросфера, нижние слои атмосферы) в целом называются географической оболочкой и изучаются географией. Ей свойственны целостность, состоящая в связях между её компонентами, и неравномерности развития во времени и пространстве.

Неравномерность развития во времени выражается в свойственных этой оболочке направленных ритмичных (периодических — суточных, месячных, сезонных, годовых и т. п.) и неритмичных (эпизодических) изменениях. В результате этих процессов формируются разновозрастность отдельных участков географической оболочки, унаследованность хода природных процессов. Неравномерность развития географической оболочки в пространстве выражается в проявлениях горизонтальной зональности и высотной поясности.

Границы географической оболочки представлены нечетко. За верхнюю границу, обычно, принимают озоновый экран, за нижнюю — на суше проводится на глубине не более 1000 м. (часть земной коры, которая подвержена сильным изменениям под воздействием атмосферы, гидросферы и живых организмов). В океане нижней границей географической оболочки является его дно. Таким образом, общая мощность географической оболочки составляет около 30 км.

Она отличается большим разнообразием вещественного состава и видов энергии. Вещество оболочки одновременно может находиться в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. Она область зарождения жизни на Земле.

Между оболочками Земли происходит непрерывный обмен веществом и энергией. В целом географическая оболочка — «наиболее сложно устроенная часть нашей планеты, особенно на контакте сфер: атмосферы и литосферы (поверхности суши), атмосферы и гидросферы (поверхностные слои Мирового океана), гидросферы и литосферы (дно океана)». ^{, 2} Данилова В. С., Кожевников К. К. Основные концепции современного естествознания. М., 2000. С. 121, 124.

Наиболее крупные зональные подразделения географической оболочки — географические пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, а также общими особенностями циркуляции атмосферы, почвенно-растительного покрова и животного мира. Внутри поясов по соотношению тепла и влаги выделяются природные зоны, названия которых определяются по преобладающему в них типу растительности (тундры, лесостепи, зоны лесов).

Она делится на отдельные природные комплексы (ландшафты) относительно однородных участков поверхности Земли. Каждый такой комплекс состоит из горных пород, воздуха, воды, растений, животных и почвы. Данное деление является следствием неравномерного поступления тепла на разные ее участки и неоднородностью земной поверхности (наличием материков и океанических впадин, гор, равнин, возвышенностей и т. д.). Природные комплексы могут быть разных размеров. К природным комплексам относятся материки и океаны. Внутри материков выделяются такие, например, природные комплексы, как Восточно-Европейская равнина, Уральские горы, Амазонская низменность, пустыня Сахара.

Океанимческая корам — тип земной коры, распространённый в океанах. «Она образуется в срединно-океанических хребтах и поглощается в зонах субдукции. В срединно-океанических хребтах происходит интенсивное гидротермальное изменение океанической коры, в результате которого из неё выносятся легкорастворимые элементы». ²

Стандартная океаническая кора имеет мощность 7 км, и строго закономерное строение. Сверху вниз она сложена так:

· осадочные породы, представленные глубоководными океаническими осадками;

· базальтовые покровы, излившиеся под водой;

· дайковый комплекс, состоящий из вложенных друг в друга базальтовых даек;

· слой основных расслоенных интрузий;

· мантия.

Хотя в большей части поверхность океанического дна плоская, ученые выделяют два элемента его рельефа: хребты и желоба. Срединно-океанический хребет — это горная цепь длиной около 80 000 км и пиками высотой до 4500 м. Местами океанические хребты выходят на поверхность в виде островов. Крупнейшим из островов такого рода является Исландия. Вдали от хребтов встречаются отдельные вулканические вершины, называемые подводными горами. Многие из них поднимаются над поверхностью океана и образуют острова.

Океанические желоба возникают при столкновении двух плит. Когда одна из плит опускается и уходит в нижнюю часть мантии, она пододвигается под другую плиту.

Главной движущей силой, перемещающей плиты, является сжатие зон субдукции (мест, где старая кора втягивается назад в мантию и переплавляется). То есть литосфера растягивается у океанических хребтов.

Континентальная кора. «Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались еще около 3 миллиардов лет назад». Данилова В. С., Кожевников К. К. Основные концепции современного естествознания. М., 2000. С. 132. Мощность континентальной земной коры изменяется от 35−40 км в пределах платформ до 55−70 км в молодых горных сооружениях. Она состоит из трех слоев. Первый — самый верхний слой представлен осадочными горными породами «мощностью от 0 до 5 (10) км в пределах платформ, до 15−20 км в тектонических прогибах горных сооружений. Второй — традиционно называемый „гранитный“ слой на 50% сложен гранитами, на 40% - гнейсами и другими в разной степени метаморфизованными породами». Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. М., 2008. С. 52. Его средняя мощность составляет 15−20 км. Третий, нижний слой называется «базальтовым» .

В пределах континентальной коры нет единого слоя с пониженной скоростью, а отмечается прерывистая расслоенность, что свидетельствует о большой сложности континентальной земной коры и неоднозначности ее изменений.

Природная зональность (ландшафтная, географическая и широтная) — одна из основных географических закономерностей, которая выражается в последовательной смене типов природных комплексов и компонентов природной среды (климат, почва, животный мир) по широтному градиенту. В горных странах той же природной зональностью выступает высотная поясность. «Она проявляется в закономерной смене высотных поясов снизу вверх в соответствии с изменениями температурных и влажностных характеристик. Чем ниже географические широты горной страны и чем выше ее абсолютные высоты, тем богаче и своеобразнее спектр высотной поясности». Данилова В. С., Кожевников К. К. Основные концепции современного естествознания. М., 2000. С. 133.

Основным фактором природной зональности является «неравномерность поступления солнечной радиации на земную поверхность, что обусловлено широобразной формой Земли, вращением ее вокруг своей оси и наклоном оси к плоскости эклиптики». Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. М., 2008. С. 55.

Однородные области земного шара разделяются на широтные пояса, которых насчитывается на данный момент 13: 1-ин экваториальный, 2-а субэкваториальных, 2-а тропический, 2-а субтропических, 2-а умеренных, 2-а субполярных и 2-а полярных. Субпояса относятся к переходным, в которых сезонно доминируют воздушные массы, формирующиеся в соседних поясах.

Также зональность привела к созданию на Земле природных зон путем изменений термического режима совместно с режимом увлажнения. На территории России выделяют 9 таких зон: арктическая, тундровая, лесотундровая, таежная, смешанных и широколиственных лесов, лесостепная, степная, полупустынная и пустынная.

Разностороннее антропогенное воздействие на природу приводит к существенным изменениям облика природных зон. Исчезают ландшафты степей, коренные леса заменяются производными, осушаются болота, орошаются пустыни.

Задание № 3. Предмет физики. Фундаментальные физические теории (перечислить). Динамические и статистические законы

Физика — это наука о природе. Она изучает вещество (материю) и энергию, а также фундаментальные взаимодействия природы, управляющие движением материи.

«Некоторые закономерности являются общими для всех материальных систем, например, сохранение энергии, — такие свойства называют физическими законами». Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания. М., 2004. С. 54. Многие классы материальных систем подчиняются законам физики. Эта наука тесно связана с математикой. С ее помощью физические законы могут быть точно сформулированы. Так, физические теории почти всегда формулируются в виде математических выражений, причём используются более сложные разделы математики, чем в других науках.

Хотя физика имеет дело с разнообразными системами, некоторые физические теории применимы в больших ее областях. Такие теории считаются основополагающими в данной науке и в целом верными при дополнительных ограничениях.

К ним относятся:

Ш Классическая механика. Основные разделы — законы Ньютона, Гидродинамика, механика сплошных сред, теория Хаоса, Лагранжева механика, Гамильтонова механика;

Ш Электромагнетизм. Разделы — электростатистика, электричество, магнетизм, уравнения Максвелла, магнитостатистика;

Ш Термодинамика и статистическая физика. Основные разделы — молекулярно-кинетическая теория, тепловая машина;

Ш Квантовая механика. Разделы — Уравнение Шрёдингера, интеграл Фейнмана, квантовая теория поля;

Ш Теория относительности. Разделы — специальная теория относительности, общая теория относительности.

Современная физика изучает огромнейшее количество различных процессов в природе. Процессы, протекающие вокруг, не всегда поддаются точному объяснению. В решении этой нелегкой задачи главную роль сыграло не только физическое толкование и применение физики, но и математическое. На динамических и статистических законах сегодня держится современная картина мира.

Динамические законы — это законы Ньютона, уравнения Максвелла, уравнения теории относительности. К динамическим относятся такие законы, как:

Классическая механика. Это механическое состояние характеризует совокупность всех координат импульсов материальных точек, составляющих эту систему. Ее основная задача состоит в том, чтобы, зная начальное состояние системы и законов движения, определить состояние системы во все последующие моменты времени, то есть определить траектории движения частиц. Их можно определить с помощью дифференцированных уравнений движения. При этом исключается случайность, а определяется их поведение в прошлом, настоящем и будущем.

«В науке утвердилась точка зрения о том, что только динамические законы полностью отражают причинность в природе». ²

Классическая равновесная термодинамика. Она вводит две функции состояния: внутреннюю энергию и энтропию. С ее помощью устанавливаются связи между термодинамическими параметрами разных равновесных состояний.

Классическая электродинамика. «В ней состояние электромагнитного поля задается значениями векторов напряженностей Е и Н и индукцией D и B электрических и магнитных полей». Самыгина С. И. Концепции современного сознания. Ростов-на-Дону, 2001. С. 272. Уравнения Максвелла позволяют для них определить величину электромагнитного поля в любой последующий момент времени.

Также к ним относят Уравнения Максвелла — это общие уравнения для электрических и магнитных полей в покоящихся средах. Их суть состоит в том, что переменное магнитное поле всегда связано с порождаемым им электрическим полем, а переменное электрическое поле связано с порождаемым им магнитным, то есть электрическое и магнитное поля неразрывно связаны друг с другом и образуют единое электромагнитное поле.

Из уравнений Максвелла следует, что «источниками электрического поля могут быть либо электрические заряды, либо изменяющиеся во времени магнитные поля, а магнитные поля могут возбуждаться либо движущимися электрическими зарядами (электрическими токами), либо переменными электрическими полями. Его уравнения не симметричны относительно электрического и магнитного полей». Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания. М., 2004. С. 62. Это связано с тем, что в природе существуют электрические заряды, но нет зарядов магнитных.

Уравнения теории относительности также относят к динамическим законам физики.

Статистические закономерности и законы используют теорию вероятностей. Это наука о случайных процессах.

Количественно случайные события оцениваются при помощи: статистической вероятности (достоверные и невозможные события можно рассматривать как частные случаи случайных событий), и классической (отношение числа элементарных событий к общему числу равнозначных событий).

К статистическим законам относятся:

Статистическая механика. Состояние этой системы характеризуются не полным набором значений координат и импульсов всех частиц, а вероятностью того, что эти значения лежат внутри определенных интервалов. Так, состояние системы задается с помощью функции распределения, которая зависит от координат, импульсов всех частиц системы и от времени.

Квантовая механика. Здесь вектором состояния является Ш — волновая функция, представляющая собой амплитуду вероятности. Зная ее значение можно вычислить вероятность обнаружения определенного значения любой физической величины и средние значения всех таких величин.

Также к таким законам относят Закон распределения Максвелла, где устанавливается зависимость вероятности в распределении скорости движения молекул газа от скорости движения молекул, и распределение Гаусса, функция которого — это закономерность, подчиняющаяся результатам измерений.

С течением времени ученые доказали, что статистические законы также как и динамические выражают необходимые связи в природе. Главное различие между этими видами состоит в том, что в статистических законах необходимость выступает в диалектической связи со случайностью, а в динамических все наоборот.

Таким образом, динамические законы являются первым низшим этапом в процессе познания окружающего мира. Статистические же обеспечивают более современные объяснения явлений природы.

Заключение

Концепции современного естествознания в целом представляют собой объединенные мудрости древних цивилизация, достижений естественных и гуманитарных наук, является неотъемлемой частью понимания природы, человека и общества.

Наука о природе зародилась еще в Древней Греции как натуральная философия, в результате чего начали создаваться различные школы. Все они стремились познать мир различными способами, в основе которых лежат физические понятия и принципы.

Проблемы природных явлений (Вселенная, Космос) рассматривались еще Аристотелем. Его учения затрагивают также физику, философию, биологию. Р. Декарт также делал попытки познать духовную жизнь человека научными методами. То есть в данной концепции сошлись мнения гуманитариев, математиков и философов.

Но главное достоинство естествознания в том, что эта наука развивается динамично времени. Она приспосабливается к новому в мышлении человека и воспринимает все новые и новые поколения.

1. Бабушкин А. Я. Современные концепции естествознания. Санкт-Петербург, 2000;

2. Данилова В. С., Кожевников К. К. Основные концепции современного естествознания. М., 2000;

3. Канке В. А. Концепции современного естествознания. М., 2003;

4. Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания. М., 2000;

5. Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания. М., 2004;

6. Мотылева Л. С. Концепции современного естествознания. М., 2000;

7. Надыш В. М. Концепции современного естествознания. М., 2004;

8. Рузавин Г. И. Концепции современного естествознания. М., 2008;

9. Самыгина С. И. Концепции современного естествознания. Ростов-на-Дону, 2001.