Механизмы устойчивости биосферы

Введение

Та часть  литосферы, гидросферы и атмосферы  Земли, в которой существуют и  развиваются растительные и живые  организмы, называется биосферой. В  ее состав входят не только растительный покров и животное население планеты, все реки и озера, водная масса  океанов, но и почвенный слой, значительная часть тропосферы и самый верхний  слой земной коры - зоны выветривания. На земной поверхности практически  нет площадей, где отсутствует  жизнь. Даже в жарких и безводных  тропических пустынях или на поверхности  высокогорных ледников и полярных льдов  обнаружены микробы и другие микроорганизмы.

Знания  о биосфере сегодня как никогда  актуальны и необходимы. Человек  вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее. В большинстве случае подобные преобразования крайне негативно сказываются на самой биосфере.

Сегодня необходимо создание концепции сохранения биосферы, ее охраны. Только направляя  усилия на сохранение природной среды  хотя бы в том виде, какая она  есть сейчас, мы сможем сохранить на планете условия для существования  человечества.

В данной работе мы рассмотрим понятие биосферы, ее структуру, особенности эволюции, ресурсы и пределы устойчивости.  
 
 
 

1. Понятие Биосферы.

Биосфера (от био... и сфера), оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой  в существенных чертах обусловлены  прошлой или современной деятельностью  живых организмов.

Биосфера  охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, которые  взаимосвязаны сложными биогеохимическими  циклами миграции веществ и энергии (по В. И. Вернадскому, - биогенная миграция атомов); начальный момент этих циклов заключён в трансформации солнечной  энергии растениями и синтезе  биогенных веществ на Земле. Термин "биосфера" ввёл в 1875 австрийский  геолог Э. Зюсс.

Общее учение о биосфере создано в 20-30-х  гг. 20 в. В. И. Вернадским, развившим идеи В. В. Докучаева о комплексном  естественноисторическом анализе  взаимодействующих в природе  разнокачественных объектов и явлений (факторов почвообразования) и выявлении  самостоятельных природных объектов гетерогенной структуры и состава (почвы, природные зоны). В основе учения Вернадского лежат представления:

1) о  планетарной геохимической роли  живого вещества (совокупность всех  живых организмов, существовавших  или существующих в определённый  отрезок времени, рассматриваемых  как мощный геологический, фактор; в отличие от живых существ,  изучаемых в биологии на всех  уровнях их организации, начиная  от молекулярного, живое вещество, в понимании Вернадского, как  биогеохимический фактор, количественно  выражается в элементарном химическом  составе, массе и энергии).

2) об  организованности биосферы, являющейся  продуктом сложного превращения  вещественно-энергетического и информационного  потоков живым веществом за  время геологической истории  Земли.

Биосфера  включает не только область жизни (биогеосферу, фитогеосферу, геомериду, витасферу), но и другие структуры Земли, генетически  связанные с живым веществом.

По Вернадскому, вещество биосфера состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных  частей:

       - живое вещество;

       - биогенное вещество;

       - косное вещество;

       - биокосное вещество;

       - радиоактивное вещество;

       - рассеянные атомы; 

       - вещество космического происхождения. 

В пределах биосферы везде встречается либо живое вещество, либо следы его  биогеохимической деятельности. Газы атмосферы (кислород, азот, углекислота), природные воды, равно как и  каустобиолиты (нефти, угли), известняки, глины и их метаморфические производные (сланцы, мраморы, граниты и др.) в  своей основе созданы живым веществом  планеты.

Слои  земной коры, лишённые в настоящее  время живого вещества, но переработанные им в геологическом прошлом, Вернадский относил к области "былых биосфер". Биосфера мозаична по структуре и  составу, отражая геохимическую  и геофизическую неоднородность лика Земли (океаны, озёра, горы, ущелья, равнины и т.д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете как в прошлые эпохи, так и в наше время.

Максимальное  содержание живого вещества гидросферы приурочено к мелководьям, минимальное - к глубинным акваториям (абиссаль); на суше эта неравномерность проявляется  в мозаике биогеоценотического  покрова (леса, болота, степи, пустыни  и др.) с минимумом плотности  живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях. Элементарная структура активной части современной  биосферы - биогеоценоз.

Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции: газовые (миграция газов и  их превращения); концентрационные (аккумуляция  живыми организмами химических элементов  из внешней среды); окислительно-восстановительные (химические превращения веществ, содержащих атомы с переменной валентностью, - соединений железа, марганца, микроэлементов и т.д.); биохимические и биогеохимические функции, связанные с деятельностью человека (техногенез, форма созидания и превращения вещества в биосфере, стимулирующая переход биосферы в новое состояние - ноосферу). Совокупность этих функций определяет все химические превращения в биосфере

Эволюция  биосферы диалектически связана  с эволюцией форм живого вещества (организмы и их сообщества), усложнением  его биохимических функций, совершающихся  на фоне геологической истории Земли.

В учении о биосфере выделяют следующие основные аспекты: энергетический, освещающий связь  биосферно-планетарных явлений с  космическими излучениями (в основном солнечными) и радиоактивными процессами в земных недрах; биогеохимический, отражающий роль живого вещества в  распределении и поведении атомов (точнее их изотопов) в биосфере и  её структурах; информационный, изучающий  принципы организации и управления, осуществляемые в живой природе  в связи с исследованием влияния  живого вещества на структуру и состав биосферы; пространственно-временной, освещающий формирование и эволюцию различных структур биосферы в геологическом  времени в связи с

особенностями пространственно-временной организованности живого вещества в биосфере (проблемы симметрии и др.); ноосферный, изучающий  глобальные эффекты воздействия  человечества на структуру и химию  биосферы: разработка полезных ископаемых, получение новых, отсутствовавших  до того в биосфере веществ (например, чистые алюминий, железо и другие металлы), преобразование биогеоценотических структур биосферы (сведение лесов, осушение болот, распашка целинных земель, создание водохранилищ, загрязнение вод, почв и атмосферы  продуктами хозяйственной деятельности, внесение удобрений, эрозия почв, лесонасаждение, строительство городов, плотин, промысловое  хозяйство и т.д.).

Выход человека в космос, за пределы биосферы, будет стимулировать разработку новых сторон учения о биосфере. Существенный момент учения о биосфере - представления о взаимосвязях (прямых и обратных связях) и сопряжённой  эволюции всех структур биосферы. Это  представление положено в основу разработки многими национальными  и международными организациями, научными центрами и лабораториями проблемы "биосфера и человечество". Решению  этой проблемы служат мероприятия, в  которых участвуют многие страны, например Международное гидрологическое  десятилетие, Международная биологическая  программа и т.д. Повышенный интерес к изучению биосферы вызван тем, что локальное воздействие человека на биосферу, характерное для всей предшествовавшей истории, сменилось в 20 в. глобальным его влиянием на состав, структуру и ресурсы биосферы. На планете нет участка суши или моря, где бы не были обнаружены следы деятельности человека. Один из ярких примеров - глобальные выпадения радиоактивных осадков - продуктов ядерных взрывов.

В атмосфере, океане и на суше повсеместно присутствуют (пусть в самых незначительных количествах) продукты сгорания нефти, угля, газов, отходы химической и другой индустрии, ядохимикаты и удобрения, сносимые с полей в процессе водной и ветровой эрозии. Интенсивное и нерациональное использование ресурсов биосферы - водных, газовых, биологических и др., усугубляемое гонкой вооружений, испытаниями ядерного оружия и т.д., развеяло миф о бесконечности и неисчерпаемости этих ресурсов. Многочисленные примеры разрушительной деятельности человека и, к сожалению, редкие примеры его созидательной деятельности (в т. ч. в плане охраны природы) свидетельствуют об актуальности разумного ведения земных дел разумным человечеством, что возможно только при переходе от стихийного капиталистического производства к плановому хозяйству социалистического и коммунистического общества.

Естественнонаучной  основой рационального подхода  к проблеме "биосфера и человечество" - одной из грандиознейших проблем  нашего времени - служат учение о биосфере и биогеоценология - дисциплины, изучающие  общие принципы и механизмы функционирования и эволюции сообществ живых организмов в определённых пространственных и  временных условиях.

Благодаря созданному В.И.Вернадским учению о  биосфере не только термин “биосфера” получил широкое распространение  и признание, хотя нередко и в  различном понимании, но, по существу, возникла новая парадигма.

Суть  ее, вероятно, можно выразить словами  самого В.И.Вернадского: “Живое вещество есть самая мощная геологическая  сила, растущая с ходом времени”. Однако потребовалось почти половина столетия, чтобы геологи глубоко  осознали и стали обосновывать и  развивать представления о том, что геологическая история земной коры началась благодаря великой  преобразующей роли живого вещества, а потому сама стратисфера Земли  является прямым продуктом развития биосферы. В последние годы стали  большое внимание уделять проблеме взаимосвязи живого и минерального миров, их коэволюции, что нашло отражение, в частности, в проведении по этой тематике специальных международных  семинаров. Неразрывная связь живого и минерального миров в биосфере вызвана тем, что любое проявление жизни не может существовать без обмена веществ с окружающей средой, т.е. вне биологических круговоротов. Непременным условием существования биосферы является функционирование глобального цикла органического углерода. Энергетическую основу этого цикла составляет фотосинтез, главный вещественный показатель результативности которого - величина глобальной продукции живого вещества. Важнейшей характеристикой цикла, определяющей интенсивность его воздействия на геологическую среду и на скорость ее изменения, является масса выпадающего из него и захороняющегося в осадочных породах органического вещества. Анализ количественной модели глобального цикла органического углерода показывает, что для эволюции биосферы, стратисферы, а тем самым и земной коры, основной закономерностью является их эвтрофикация и сопутствующая ей оксигенизация. Произошли и существенные изменения биосферы в целом, выразившиеся в прохождении ею нескольких стадий: эмбриональной, юной, зрелой и, возможно, уже вхождении в старческую. Во всех осознанных и, вероятно, пока еще не выявленных причинно-следственных связях живого и минерального миров функционирование живого вещества выступает как основная причина наблюдаемых изменений в системах различного масштаба. Если эволюция живого вещества определяла направленные изменения глобального литогенеза, то тектонические движения (эндогенные процессы) накладывали на него разнообразные черты повторяемости, вызывали пространственную приуроченность его разных стадий и (через изменения скорости эрозии и осадконакопления) влияли на степень завершенности литогенетических процессов. Одновременно, влияя на изменения массы захороняющегося при осадконакоплении и/или разрушающегося при выветривании органического вещества, эти движения в свою очередь могли существенно воздействовать на функционирование глобального цикла органического углерода. Таким образом, биосфера - очень сложная, саморегурирующаяся открытая система, в которой действует принцип Ле Шателье, обусловливающий устойчивость ее существования . Интегральным показателем ее эволюции и возрастающего во времени воздействия живого вещества на геологические процессы является эвтрофикация земной коры. 

2. Ресурсы Биосферы.

Ресурсы биосферы — это особый компонент  природной среды, им следует уделять  особое внимание, поскольку Их наличие, вид, количество и качество в значительной мере определяют отношения человека к природе, характер и объем антропогенных  изменений окружающей среды.

Под ресурсами  биосферы понимают все то, что человек  использует для обеспечения своего существования — продукты питания, минеральное сырье, энергоносители, пространство для жизни, воздушное  пространство, воду, объекты для  удовлетворения эстетичных потребностей.

Биологические ресурсы - источники и предпосылки  получения необходимых людям  материальных и духовных благ, заключенные  в объектах живой природы: промысловые  объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты и  т.п. Различают растительные ресурсы, ресурсы животного мира, генетические ресурсы.

Еще несколько  десятилетий поэтому, если отношение  всех народов к природе определялось лишь одним девизом: подчинить, взять  самое большее, ничего не отдавая, поскольку  богатства Земли неисчерпаемые  человечество и брало, разрушало, сжигало, вырубало, убивало, истощало, поглощало, не считая. Ныне настали другие времена, так как, подсчитав, опомнились.

Обнаруживается, практически неисчерпаемых ресурсов в природе вообще нет. Условно  пока еще можно относить к неисчерпаемых  общие запасы воды на планете и кислороде в атмосфере. Но через их неравномерное распределение уже сегодня в отдельных районах и регионах Земли ощущается их острый недостаток.

Все минеральные  ресурсы принадлежат к невосстановимых  и главнейшие из них ныне уже исчерпанные  или находятся на границе уничтожения (уголь, железо, марганец, нефть, полиметаллы). Через быструю деградацию ряда экосистем  биосферы в последнее время ресурсы  живого вещества - биомассы - тоже перестали  восстанавливаться, как и запасы пресной питьевой воды.

Поскольку биосфера планеты есть замкнутая  система с относительно постоянной массой и обменивается с космическим  пространством лишь энергией, человечеству следует учитывать его состояние  и её способность самовосстанавливать  свою биомассу, истощаемость современных  энергоносителей, которые используются человечеством, уменьшить объемы использования  ресурсов, сознательно отказавшись  от излишков, перейти к тактике  и стратегии рационального ресурсопользования.