Космос и Биосфера Земли

1.5. Биосфера Земли

Биосфера, по определению В. И. Вернадского, - наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios -жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40...50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25...30 км, до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океа-ны) и верхнюю часть земной коры - литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещест-во (растения, животные и микроорганизмы); биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные жи-выми организмами на протяжении геологической истории - ка-менный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные поро-ды неорганического происхождения и вода); биокосное вещество (продукт синтеза живого и неживого, т. е. осадочные породы, почвы, илы).

Отличительная и определяющая особенность биосферы со-стоит в ее целостности и населенности жизнью. Живое вещество Земли представляет собой самую мощную силу в биосфере, мате-риально и энергетически определяющую ее функции. В результа-те непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы под влиянием живого вещества изменяются как насе-ляющие биосферу организмы, так и среда, в которой они живут. Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Эта мно-госторонняя и разнообразная связь определяет биосферу как гигантскую экологическую систему, в которой человек является, с одной стороны, биологической частицей всей системы, а с другой -активным ее преобразователем.

Неуправляемо возрастающая техническая и энергетическая вооруженность человека отрицательно влияет на сбалансирован-ность процессов в биосфере. Поэтому сегодня глобальной задачей человечества является определение и осуществление допустимых пределов воздействия на биосферу в целях предотвращения эко-логической катастрофы.

Представление о жизни как о сплошной 'пленке' живого ве-щества, покрывающего Землю, сформировал в XVIII в. Ламарк, а в 1920-х годах советский биохимик В.И. Вернадский предложил научное обоснование биосферы. Он доказал, что все три оболоч-ки Земли связаны с живым веществом, которое непрерывно воз-действует на неживую природу.

Биосфера - гигантская экологическая система, в которой че-ловек выступает и как ее частица и как ее преобразователь. Ко-нечная цель человека - управление всеми процессами в биосфе-ре, преобразование ее в ноосферу - сферу разума.

Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной деятельности и передачи информации, способ исполь-зования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электри-ческую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеи-вают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в свободную энергию, способную совершать работу. Работа, производимая жизнью, состоит в переносе и перераспределении химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, извест-няк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воз-действием жизни.

Преобразование энергии в организмах основано на разнице температуры и других принципах. Живые существа следует рас-сматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Другая особенность живых организмов - это их способность к самовоспроизведению. Итак, к особенностям функционирования живых существ относятся:

* способность к самовоспроизведению;

* способность образования полимерных оболочек, ограж-дающих живое вещество от косной среды;

* способность аккумулировать и передавать химическую энергию, а также осуществлять химические реакции в нормаль-ных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.

В заключение остановимся на эволюции биосферы - самой большой экосистемы Земли. На первом этапе (примерно 3 млрд лет тому назад) происходило образование органического вещест-ва в результате синтеза в абиотических процессах. Атмосфера Земли состояла из водорода, азота, окиси углерода, метана; со-держала вредный для жизни хлор и пр., не содержала кислорода. Ультрафиолетовое излучение (озона тогда не было) вызвало хи-мическую реакцию, в результате которой появились аминокисло-ты - сложные молекулы органических веществ. Сформировались анаэробные организмы, которые находились под водой.

За счет их деятельности через миллиард лет появился кисло-род, который частично превратился в озон и защитил Землю от ультрафиолетового излучения. Вероятно, жизнь, меняя только форму, сама создала для себя необходимые условия (в частности, наличие кислорода). Биосфе-ра представляет собой единый организм. В жизни природы, в Космосе не человек является главной целью мироздания. В мире нет человека и природы, нет человека и Космоса, человека и Все-ленной. Есть природа, Космос, Вселенная, а человек - только их маленькая частица, единственная возможность для человека вы-жить - это подчиняться законам Вселенной. Как писал знамени-тый английский философ XVII в. Фрэнсис Бэкон, 'Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей'. В этом предна-значение человека XXI в.

1.6. Причины и характер загрязнения биосферы

Загрязнение биосферы - одна из древнейших проблем чело-веческой цивилизации.

Опасность для биосферы состоит в следующем:

* использование человеком преимущественно внутренних по отношению к биосфере источников энергии (органическое топ-ливо);

* использование нерациональных хозяйственных циклов, приводящих к появлению отходов;

* использование вредных для природы синтетических ве-ществ;

* уничтожение человеком структурного многообразия био-сферы, что разрушает экосистемы.

Появление новых болезней - реакция биосферы на вмеша-тельство человека.

По характеру возникновения загрязнения подразделяют на ес-тественные и антропогенные. Естественные загрязнения возни-кают в результате природных, как правило, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана, селевой по-ток и т.п.), вне всякого влияния человека на эти процессы, ан-тропогенные - в результате хозяйственной деятельности человека. Интенсивность антропогенных загрязнений непосредственно связана с ростом численности населения земного шара и в пер-вую очередь с развитием крупных промышленных центров.

Антропогенные загрязнения подразделяются на промыш-ленные, сельскохозяйственные и военные. Промышленные за-грязнения вызываются отдельно взятым предприятием или их совокупностью, а также транспортом. Сельскохозяйственные за-грязнения обусловлены применением пестицидов, дефолиантов и других агентов, внесением удобрений в количествах, не усваи-ваемых культурными растениями, сбросом отходов животновод-ства и другими действиями, связанными с сельскохозяйствен-ным производством. Военные загрязнения возникают в результате работы предприятий военной промышленности, транспортиров-ки военных материалов и оборудования, испытания образцов оружия, функционирования военных объектов и всего комплекса военных средств в случае ведения военных действий. Последст-вия войны с применением атомного оружия могут привести к апокалипсису - 'ядерной зиме'.

Загрязнение атмосферы - привнесение в воздух или образова-ние в нем химическими веществами или организмами физиче-ских агентов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям, а также образо-вание антропогенных физических полей.

Загрязнение гидросферы - поступление в воду загрязнителей в количествах и концентрациях, способных нарушить нормальные условия среды в значительных по размерам водных объектах.

Загрязнение почвы - привнесение и возникновение в почве но-вых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов, которые меняют ход почвообразователь-ного процесса (тормозят его), резко снижают урожайность, вызы-вают накопление загрязнителей в растениях (например, тяжелых металлов), из которых эти загрязнения прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека.

Загрязнение космического пространства - общее засорение околоземного и ближнего космического пространства космиче-скими объектами. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение из-за вывода на орбиты и разрушения ядерных реакторов, кроме того 'космического мусора', который вносит помехи в нормаль-ное функционирование наземных радиотехнических и астроно-мических приборов. По характеру воздействия загрязнения подразделяют на пер-вичные и вторичные.

Первичное загрязнение - поступление в окружающую среду не-посредственно загрязнителей, образуемых в ходе естественных природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов.

Вторичное загрязнение - образование (синтез) опасных загряз-нителей в ходе физико-химических процессов, идущих непосред-ственно в окружающей среде. Так, из нетоксичных составляющих в некоторых условиях образуются ядовитые газы - фосген; фреоны, химически инертные у поверхности Земли, вступают в стра-тосфере в фотохимические реакции, вырабатывая ионы хлора, служащие катализатором при разрушении озонового слоя (экра-на) планеты. Отдельные реагенты такого взаимодействия могут быть неопасными.

По механизму воздействия загрязнения подразделяются на механические, физические (тепловые, световые, акустические, электромагнитные), химические, радиационные, биологические.

Механические загрязнения - засорение среды агентами, оказы-вающими главным образом неблагоприятное механическое воз-действие на естественные и искусственные объекты.

Физические загрязнения связаны с изменением физических па-раметров среды: температурно-энергетические (тепловые), волно-вые (световые, акустические, электромагнитные), радиационные (радиационные, радиоактивные).

Тепловые (термальные) загрязнения обусловлены повышением температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов (продукты сгора-ния, выбрасываемые в дымовую трубу) и вод. Могут возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды (например, парниковый эффект - постоянное потепление кли-мата на планете в результате накопления в атмосфере углекислого и других газов (метана, фтор- и хлоруглеродов), которые анало-гично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятст-вуют длинноволновому тепловому излучению уходить с поверх-ности Земли).

Световые загрязнения вызваны нарушением естественной ос-вещенности местности в результате действия искусственных ис-точников света и могут приводить к аномалиям в жизни растений и животных.

Акустические загрязнения связаны с превышением естествен-ного уровня шума и ненормальным изменением звуковых харак-теристик в населенных пунктах и других местах вследствие рабо-ты транспорта, промышленных установок, бытовых приборов, поведения людей или других причин.

Электромагнитные загрязнения возникают в результате изме-нения электромагнитных свойств среды (от линий электропере-дачи, радио и телевидения, работы некоторых промышленных ус-тановок и т.п.), приводят к изменениям в тонких клеточных и мо-лекулярных биологических структурах.

Радиоактивные загрязнения обусловлены превышением естест-венного уровня содержания радиоактивных веществ в среде. Их последствием является радиационное загрязнение, вызванное действием ионизирующих излучений.

Биологические загрязнения вызваны проникновением (естест-венным или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические установки видов организмов, чуж-дых данным сообществам и установкам и обычно там отсутст-вующих. Выделяют биотические и микробиологические загряз-нения.

Микробиологические (микробные) загрязнения возникают из-за появления в среде необычно большого количества микроорга-низмов, связанного с массовым их размножением в средах, изме-ненных в ходе хозяйственной деятельности человека.

Литература

1) Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник./под ред. Н.И.Иванова и И.М. Фадина. М.: 'Логос', 2002.

2) Кедров Б.М. ' Предмет и взаимосвязь естественных наук'. М.:Наука,1967.436 с..

3) Мизун Ю Г. Экология известная и неизвестная. М.: Науч.-практ. центр 1994. 240 с

4) Экология: Учебник для вузов/Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, Б.П. Усанов и др.; Под ред. СИ. Цветковой. СПб.: Химиздат, 1999. 488 с