Вернадский о распределении живого вещества в биосфере. «сгущения» и «плёнки» жизни в океане.

Живое вещество – основа биосферы (хотя и составляет крайне незначительную её часть). В живых организмах на несколько порядков увеличиваются скорости химических реакций в процессе обмена веществ. Вернадский в связи с этим назвал живое вещество чрезвычайно активизированной материей. К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести следующие: 1). Способность быстро занимать всё свободное пространство. Вернадский назвал это всюдностью жизни. 2). Движение не только пассивное, но и активное. 3). Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, сохраняя при этом высокую физико-химическую активность. 4). Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям. 5). Высокая скорость протекания реакций. 6). Высокая скорость обновления живого вещества. Все свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нём больших запасов энергии.

Вернадский выделил очаги наибольшей концентрации жизни, назвав их плёнками и сгущениями живого вещества. Под плёнками живого вещества понимается его повышенное количество на больших пространствах. В океане выделяют 2 плёнки: поверхностную (планктонную) и донную (бентосную). Мощность поверхностной плёнки обусловливается слоем воды, в котором возможен фотосинтез. Донная плёнка образована в основном гетеротрофными экосистемами, и поэтому её продукция представлена вторичной, а количество её зависит от поступления органического вещества с поверхностной плёнки.

В наземных экосистемах также выделяют 2 плёнки живого вещества: приземную, заключённую между поверхностью почвы и верхней границей растительного покрова и почвенную, наиболее насыщенную жизнью.

В океане выделяют следующие сгущения жизни: 1). Прибрежные: располагаются на контакте водной и наземно-воздушной среды. Особенно высокопродуктивны экосистемы эстуариев. 2). Коралловые рифы. 3). Саргассовые сгущения. 4). Апвеллинговые: приурочены к районам океана, где имеет место восходящее движение водных масс от дна к поверхности. Они несут много донных отложений и в результате активного перемешивания хорошо обеспечены О₂. 5). Рифтовые глубоководные сгущения: высокая продуктивность здесь обязана благоприятным температурным условиям.

40. Назовите основные тезисы В.И. Вернадского о планетарной геохимической роли живого вещества. Что такое биоэкологические константы? Каковы масштабы и эффективность средообразующей функции жизни? В чем заключается гипотеза Геи?

Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и, в конечном счете, представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.

Всю совокупность организмов на планете В. И Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Косное вещество, по В. И Вернадскому, это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют.

Биогенное вещество создается и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны.

Особой категорией является биокосное вещество. Оно создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других. Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты – это почва, кора, выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества.

Биосфера, таким образом, это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.

Совокупность живых организмов – биота биосферы обладает мощной средообразующей функцией. Ее работа направлена на обеспечение условий жизни всех ее членов. Она слагается из газовой, концентрационной, окислительно-восстановительной, биохимической и информационной функций живого вещества

(К основным уникальным особенностям живого вещества, обуславливающим его крайне высокую средообразующую деятельность, можно отнести: 1). Способность быстро занимать всё свободное пространство. Вернадский назвал это всюдностью жизни. 2). Движение не только пассивное, но и активное. 3). Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, сохраняя при этом высокую физико-химическую активность. 4). Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям. 5). Высокая скорость протекания реакций. 6). Высокая скорость обновления живого вещества. Все свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нём больших запасов энергии)

Гипотеза Геи: организмы, особенно микроорганизмы вместе с физической средой, образуют сложную систему регуляции, поддерживающую на Земле условия, благоприятные для жизни. Организмы постоянно изменяют физическую и химическую природу инертных веществ, отдавая в среду новые соединения и источники энергии. Пример – коралловый атолл. Из простого сырья, предоставляемого морем, кораллы и растения строят целые острова. Организмы контролируют даже состав атмосферы. Это распространение биологического контроля на глобальный уровень стало основой гипотезы Геи: состав атмосферы Земли с высоким содержанием кислорода и низким содержанием двуокиси углерода, а также умеренные температурные условия и условия кислотности на поверхности Земли определялись буферной активностью ранних форм жизни. Она продолжалась координированной активностью растений и микроорганизмов, сглаживающей колебания физических факторов, которые проявились бы в отсутствие хорошо организованных живых систем. Организмы играли основную роль в развитии и регуляции геохимической среды, благоприятной для них.

Закон константности количества живого вещества В. И. Вернадского; количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Этот закон практически есть количественное следствие закона внутреннего динамического равновесия для масштаба глобальной экосистемы биосферы. Понятно, что поскольку живое вещество, согласно закону биогенной миграции атомов, есть энергетический посредник между Солнцем и Землей, то либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики. Закон физико-химического единства живого вещества исключает слишком значительные перемены в последнем свойстве. Значит, для живого вещества планеты неизбежна количественная стабильность. Она характерна и для числа видов — см. правило кон­стантности числа видов.

Как аккумулятор солнечной энергии, живое вещество должно одно­временно реагировать как на внешние (космические) воздействия, так и на внутренние изменения. Увеличение или снижение количества живого вещества в одном месте биосферы должно приводить к синхронному процессу с обратным знаком в другом регионе в силу того, что освободившиеся биогены могут быть ассимилированы остальной частью живого или будет наблюдаться их недостаток. Однако следует учитывать скорость процесса, в случае антропогенного изменения намного более низкую, чем прямое нарушение природы человеком. Кроме того, не всегда происходит адекватная замена. Она идет согласно правилу (принципу) экологического дублирования, т. е. с уменьшением размеров особей и обычно с увеличением их эволюционной примитивности. Сниже­ние же размеров особей, участвующих в энергетических процессах, вво­дит в действие большую группу термодинамических закономерностей из всех групп приведенных выше обобщений. Меняется вся структура живого вещества и его качество, что в конечном итоге не может идти на пользу человеку — одному из участников процесса жизни.

Первым и самым всеобъемлющим выводом изучения о биосфере, который сделал В.И. Вернадский, был: «Можно говорить о всей жиз­ни, о всем живом веществе как о едином целом», иными словами, — это принцип целостности биосферы. В.И. Вернадский писал: «Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необ­ходимой и закономерной частью стройного космического механиз­ма» [20].

Это означает, что Земля — не просто сложение отдельных состав­ных частей, а действующий согласованный «механизм». Что же гово­рит в пользу этого вывода? Это узкие пределы существования жизни: физические постоянные, уровни радиации и т. п. Физические посто­янные, например, константа всемирного тяготения, определяющая размеры звезд, температуру и давление в них, влияющие на ход реак­ции в этих звездах. Если она будет несколько меньше, то звезды не бу­дут иметь температуры, необходимой для осуществления в их недрах термоядерного синтеза; если же температура будет несколько выше, то звезды превзойдут некую «критическую массу» и обратятся в чер­ные дыры.

Константа сильного взаимодействия определяет величину ядер­ного заряда в звездах. Если ее изменить, то цепочки ядерных реакций не смогут привести («дойти») к образованию азота и углерода.

Постоянная электромагнитного взаимодействия определяет кон­фигурацию электронных оболочек и прочность химических связей — ее изменение делает Вселенную мертвой, что находится в соответствии с «антропным» принципом, по которому при создании моделей разви­тия мира следует учитывать реальность существования человека.

Очень важной глобальной константой является соленость Миро­вого океана. При условии, что вода — это «всемирный» растворитель, соленость морской воды в среднем 35 % остается постоянной многие миллионы лет. Экологическая значимость этого факта до конца еще не определена (?!).

Дальнейшими исследованиями было подтверждено, что с эколо­гической точки зрения живой мир — это единая система, пронизан­ная взаимообусловленными связями, в виде трофических цепей