Учение В.И.Вернадского о биосфере

Учение В.И.Вернадского о биосфере

Общее - Экология

Экосистемой высшего  ранга на Земле является биосфера – оболочка планеты, населенная живым  веществом.

Понятие биосферы появилось  в биологии в ХУIII веке, однако первоначально  оно имело совсем иной смысл, чем  теперь. Биосферой именовали небольшие  гипотетические глобулы (ядра органического  вещества), которые якобы составляют основу всех организмов. К середине ХIХ ст. в биологии уточняются позиции  научных представлений о реальных органических клетках, и термин «биосфера» утрачивает свой прежний смысл. К  идее биосферы в ее современной трактовке  пришел Ж.–Б.Ламарк (1744–1829 гг.), основатель первой целостной концепции эволюции живой природы, однако данный термин он не использовал. Впервые в близком  к современному смыслу понятие «биосфера» ввел австрийский геолог Э.Зюсс, который  в книге «Происхождение Альп» (1873 г.) определил ее как особую, образуемую организмами оболочку Земли. В настоящее  время для обозначения этой оболочки используются понятия «биота», «биос», «живое вещество», а понятие «биосфера» трактуется так, как его толковал академик В.И.Вернадский (1863–1945 гг.).

Целостное учение о  биосфере представлено в его ставшей  классической работе «Биосфера» (1926 г.). В.И.Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе  биосферы Вернадский выделяет следующие  компоненты:

живое вещество –  совокупность всех живых организмов;

косное вещество – неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения  и т.п.);

биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.п.);

биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых  организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

Согласно воззрениям Вернадского весь облик Земли, все  ее ландшафты, атмосфера, химический состав вод, толща осадочных пород обязаны  своим происхождением живому веществу. Жизнь – это связующее звено  между Космосом и Землей, которое  используя энергию, приходящую из космоса, трансформирует косное вещество, создает  новые формы материального мира. Так, живые организмы создали  почву, наполнили атмосферу кислородом, оставили после себя километровые толщи  осадочных пород и топливные  богатства недр, многократно пропустили через себя весь объем Мирового океана. Вернадский не занимался проблемой  возникновения жизни, он понимал  ее как естественный этап самоорганизации  материи в любой части космоса, приводящий к возникновению все  новых форм ее существования.

Учение Вернадского  нацеливало на изучение живых, косных и биокосных тел в их неразрывном  единстве, что сыграло значительную роль в подготовке естествоиспытателей  к целостному восприятию природных  систем.

С учетом современных  представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном  обмене с этими организмами. Иными  словами, биосфера – это область  активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты  и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых  организмов. Несмотря на различную  концентрацию и разнообразие живого вещества в разных районах земного  шара, считается, что горизонтальных границ биосфера не имеет. Верхняя же вертикальная граница существования жизни обусловлена не столько низкими температурами, сколько губительным действием ультрафиолетовой радиации и космического излучения солнечного и галактического происхождения, от которого живое вещество планеты защищено озоновым экраном. Максимальная концентрация молекул озона (трехатомарного кислорода) приходится на высоту 20–25 км, где толщина озонового слоя составляет  
2,5–3 мм. Озон интенсивно поглощает радиацию на участке солнечного спектра с длиной волны менее 0,29 микрон.

Поскольку граница  биосферы обусловлена полем существования  жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой  от 8 км над полюсами до 18 км над экватором  Земли. Однако в тропосфере происходит лишь перемещение живых организмов, а весь цикл своего развития, включая  размножение, они осуществляют в  литосфере, гидросфере и на границе  этих сред с атмосферой.

В состав биосферы полностью  входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды), мощность которой составляет  
11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Именно здесь сконцентрированы все фотосинтезирующие растения и продуцируется первичная биологическая продукция. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

Нижняя граница  биосферы в пределах литосферы лежит  в среднем на глубине 3 км от поверхности  суши и 0,5 км ниже дна океана. О более  глубоком проникновении жизни в  толщи литосферы сведений нет.

На границе атмо-, гидро - и литосферы сконцентрирована наибольшая масса живого вещества планеты, и эта земная оболочка названа  биогеосферой, или пленкой жизни. Только в ее пределах возможна жизнедеятельность  и существование человека.

Суммарная биомасса живого вещества биосферы составляет  
2–3 трлн т, причем 98% ее – это биомасса наземных растений. Биосферу населяют около 1,5 млн видов животных и 500 тыс. видов растений. Однако, если мысленно равномерно распределить все живое вещество по поверхности планеты, то получится слой толщиной всего около 2 см. Вместе с тем в процессах самоорганизации биосферы живое вещество играет сегодня ведущую роль и выполняет следующие функции:

Живое вещество находится  в постоянном энергетическом обмене с внешним миром. Оно является основным организующим элементом в  поддержании круговорота веществ, обеспечении динамического равновесия экологических систем.

Процесс создания органического  вещества в биосфере происходит одновременно с противоположными процессами потребления  и разложения его гетеротрофными организмами на исходные минеральные  соединения (вода, углекислый газ и  др.). Так осуществляется круговорот органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получивший название малого, или биологического, (биотического) круговорота веществ  в отличие от вызываемого солнечной  энергией большого, или геологического, круговорота, наиболее ярко проявляющегося в круговороте воды и циркуляции атмосферы. Большой круговорот происходит на протяжении всего геологического развития Земли и проявляется  в переносе воздушных масс, продуктов  выветривания, воды, растворенных минеральных  соединений, загрязняющих веществ, в  том числе радиоактивных.

Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения  органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых  минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы I порядка) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота.

В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые  малые круговороты.

Биосфера является чрезвычайно сложной экосистемой, работающей в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов. Как свидетельствуют  данные исследований, по крайней мере последние 600 млн. лет характер основных круговоротов на Земле существенно  не менялся, изменялись лишь скорости геохимических процессов. Стабильное состояние биосферы обусловлено  в первую очередь деятельностью  живого вещества, обеспечивающей определенную скорость трансформации солнечной  энергии и биогенной миграции атомов.

Вместе с тем  вмешательство человека в природные  круговороты приводит к серьезным  изменениям в состоянии биосферы. Возвращаясь к учению В.И.Вернадского, необходимо отметить, что он оценил появление человека на Земле, как  огромный шаг в эволюции планеты. Ученый считал, что с возникновением человека и развитием его производственной деятельности человечество становится основным геологическим фактором всех происходящих в биосфере планеты  изменений, приобретающих глобальный характер («Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой»). Дальнейшее неконтролируемое развитие деятельности людей таит в себе большую  опасность и потому, считал В.И.Вернадский, биосфера должна постепенно превращаться в ноосферу, или сферу разума (от греческих noos – разум, sphaira – шар).

Основателями концепции  ноосферы можно считать трех уче-  
ных – видного французского математика, антрополога и паленонтолога Э. Леруа (1870–1954), французского геолога и антрополога П.Тейяра де Шардена (1881–1955) и выдающегося российского ученого-естествоиспытателя В.И.Вернадского. Все они одинаково подходили к оценке человеческой истории, органично продолжающей естественную историю. В концепции ноосферы разум человека предстает природным, космическим явлением.

Но наибольший вклад  в развитие идей ноосферы как закономерного  этапа не только в истории общества, но и биосферы в целом внес В.И.Вернадский, поэтому учение о ноосфере ассоциируется  именно с его именем. Под понятием «ноосфера» ученый подразумевал высшую форму развития биосферы, определяемую гармонично сосуществующими процессами развития общества и природы. Учение В.И. Вернадского о ноосфере утверждает принцип совместной эволюции человечества и природной среды (сейчас этот процесс называют коэволюцией), нацеливает на поиск практических путей обеспечения общественно-природного равновесия.

Понятие «ноосфера» отражает будущее состояние рационально  организованной природы, новый этап развития биосферы, эпоху ноосферы, когда дальнейшая эволюция планеты  будет направляться разумом в  целях обеспечения необходимой  гармонии в сосуществовании природы  и общества.

Следующий этап в  развитии концепции ноосферы должен состоять в том, чтобы понять, как  достичь этой гармонии. По–видимому, процесс совместного (коэволюционного) гармоничного развития человеческого  общества и биосферы может быть обеспечен  только благодаря науке, позволяющей  оценить экологические последствия  воздействия крупномасштабных природопреобразующих проектов и найти пути экологобезопасного существования.