О.С. Шимова, Н.К. Соколовский
Основы экологии и экономика природопользования
Учебник. Мн.: БГЭУ, 2002. - 367 с.
Раздел 1. Теоретические основы экологии и экономики природопользования
Глава 2. Основы общей экологии
2.3. Учение В.И.Вернадского о биосфере. Характеристика биосферы
Экосистемой высшего ранга на Земле является биосфера – оболочка планеты, населенная живым
веществом.
Понятие биосферы появилось в биологии в XVIII в., 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 XIX 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), 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" (1875) 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).
Целостное учение о биосфере представлено в его ставшей классической работе
"Биосфера" (1926). В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную
жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе биосферы В.И. 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.);
-
радиоактивное
вещество;
-
рассеянные
атомы;
-
вещество
космического происхождения (космическая пыль, метеориты).
Согласно воззрениям В.И. 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. В.И. 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 В.И. 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 мкм.
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, ледники, снежники), 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 возможны 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;
-
энергетическую
– перераспределение
солнечной энергии между компонентами биосферы;
-
средообразующую
(газовую) –
в
процессе жизнедеятельности живого вещества создаются основные газы: азот,
кислород,
углекислый газ, метан и др.;
-
концентрационную
– извлечение и
накопление живыми организмами биогенных элементов (кислорода, углерода, водорода, азота, натрия,
магния, калия, алюминия, серы и др.) в концентрациях, в сотни тысяч раз превышающих
их содержание
в окружающей среде;
-
деструктивную
– (проявляется в минерализации органического вещества);
-
окислительно-восстановительную
(заключается в химическом превращении веществ биосферы).
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 (воду, углекислый газ и др.). Так осуществляется круговорот
органического вещества в биосфере при участии всех населяющих ее организмов, получившие 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 выражается 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 (рис. 2.4).
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.
Рис. 2.4. Схема биотического круговорота в экосистеме
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 noose – разум, spherical – шар).
Основателями концепции ноосферы можно считать трех ученых – видного французского
математика, антрополога и палеонтолога Э. Леруа (1870-1954), французского теолога,
палеонтолога
и философа 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 идеи 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 крупномасштабных природопреобразующих
проектов и найти пути экологобезопасного существования.
|