Принципы устройства биосферы, ее состав и строение

Биосфера представляет собой экологическую систему (биогеоценоз) глобального масштаба. Границы этой системы определяются областью распространения живых организмов или «следами» их жизнедеятельности. Биосфера включает верхнюю часть литосферы (до глубины 3-7 км), воды рек, озер, морей, океанов (всю гидросферу) и нижнюю часть атмосферы до высоты озонового слоя (23–30 км). Однако на большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана (в так называемых «пленках жизни»).

Распределение массы живых организмов на суше и в океане имеет свои особенности. Биомасса суши на 99,2% представлена зелеными растениями и на 0,8% — животными и микроорганизмами. В океане картина обратная: на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов — 93,7% всей биомассы.

Биоэнергетической основой функционирования биосферы являются растения, способные осуществлять фотосинтез. Значимость этого процесса состоит в трансформации энергии Солнца в химическую энергию органического вещества (белков, жиров, углеводов).

Все живое (биоценоз) в биосфере разделено на три основные группы: продуценты, консументы, редуценты. К продуцентам относятся зеленые растения, а также бактерии, способные усваивать углекислый газ за счет окисления неорганических соединений — хемосинтетики. Готовое органическое вещество потребляется консументами нескольких трофических (пищевых) уровней. Замыкают биотический круговорот веществ редуценты (от лат. возвращающий) - организмы, минерализующие органику. В результате химические вещества могут быть повторно использованы продуцентами в следующем цикле фотосинтеза. Однако, строго говоря, этот круговорот не полностью замкнут: кроме энергетического входа (солнечная энергия) он имеет и выход — часть отмирающего органического вещества после разложения микроорганизмами-минерализаторами может попадать в водные растворы и откладываться в виде осадочных пород, а другая часть образует отложения отдельных пород (каменный уголь, торф, сапропель).

Зеленые растения (фотосинтетики) и хемосинтетики составляют группу автотрофных (с греч. аutos – сам) организмов, которые берут все нужные для жизни химические элементы из окружающей косной материи. Консументы и редуценты представляют собой гетеротрофные (с греч. heteros – другой) организмы, использующие для построения своего тела только готовые органические вещества.

По В. И. Вернадскому вещество биосферы разнородно по своему физико-химическому составу и включает:

1) живое вещество - совокупность всех живых организмов;

2) биогенное вещество — результат жизнедеятельности организмов (например, горючие ископаемые, известняки и т.д.);

3) косное вещество – вещество, образованное без участия живых организмов (например, вулканическая лава);

4) биокосное вещество – продукт взаимодействия живой и косной материи (к примеру - почва, ил, поверхностные воды и т.д.);

5) радиоактивное вещество - нестабильные химические элементы, атомы которых способны к радиоактивному распаду (например, уран);

6) рассеянные атомы – атомы химических элементов, количество которых в биосфере чрезвычайно мало (например, золото или платина);

7) вещество космического происхождения (например, осколки метеоритов).

Одним из основных положений концепции биосферы является учение о живом веществе. Масса этого вещества составляет всего 0,02 % от массы косного вещества биосферы, но именно живое вещество выполняет основные биогеохимические функции:

- энергетическую: поглощение солнечной энергии и превращение ее в энергию земных процессов (химическую, механическую, тепловую, электрическую и пр.);

- средообразующую: живое вещество адаптируется к окружающей среде и приспосабливает ее к своим биологическим потребностям, изменяя при этом состав геологических оболочек;

- транспортную: живое вещество переносит химические элементы в вертикальном и горизонтальном направлениях;

- деструктивную: микроорганизмы разлагают неживое органическое вещество, благодаря чему поддерживается постоянство состава биосферы;

- концентрационную: организмы способны к избирательному накоплению определенных химических веществ.

В результате живое вещество и среда его обитания развиваются как единое целое, однако контроль состояния среды осуществляют живые организмы.

Биосфера как целостная система характеризуется рядом свойств, основными из которых являются:

1. организованность, которая создается и поддерживается совокупной деятельностью живых организмов;

2. централизованность - центральным звеном биосферы являются живые организмы;

3. открытость – ее существование невозможно без поступления солнечной энергии;

4. саморегуляция (гомеостаз) – способность сохранять равновесие вопреки внешним и внутренним возмущениям;

5. биологическое разнообразие – основа устойчивости биосферы (в настоящее время описано примерно 1,5 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений);

6. наличие механизмов, обеспечивающих круговорот веществ и связанную с ним неисчерпаемость химических элементов.

Среди основных принципов устройства биосферы как целостной геологической оболочки В.И. Вернадский выделял следующие:

1. целостности: самосогласованность всех процессов в биосфере;

2. гармонии: биосферные процессы являются отражением гармонии космоса;

3. значимости живого в эволюции Земли: на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей и более могущественной по своим конечным последствиям, чем организмы, вместе взятые;

4. трансформации солнечной энергии в энергию Земли: Солнце как основной источник энергии биосферы регулирует жизненные процессы на Земле;

5. инерции: мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные;

6. бережливости в использовании живым веществом простых химических элементов: организм вводит в себя только необходимое количество элементов;

7. устойчивости жизни: жизнь в целом определяется полем устойчивости зеленой растительности; поле устойчивости жизни есть результат приспособления организмов к среде обитания (адаптации) на протяжении длительного времени;

8. распространения жизни: наличие живых организмов определяется крайними пределами их выживания. Эти границы обусловлены физико-химическими свойствами (неразрушимостью в определенных условиях) соединений, составляющих организм;

9. постоянства количества живого вещества в биосфере: эта постоянная величина сопряжена с количеством газов в атмосфере (прежде всего кислорода).

Теория ноосферы

Живое вещество непрерывно эволюционирует, следствием чего является постоянное развитие биосферы. На современном этапе ее эволюции основным фактором выступает деятельность человека, оказывающего глобальное воздействие на биосферу. Биосфера, в свою очередь, через экологические законы воздействует на человека. Создаются условия, напоминающие совместную эволюцию (коэволюцию) человека и биосферы. Результатом коэволюции должна стать ноосфера (сфера разума) - «сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития» (БСЭ, т. 18, с. 103). Понятие «ноосфера» предложено французскими учеными Э. Леруа и П. Тейяром де Шарденом в 1927 г. Дальнейшее развитие теория ноосферы получила в трудах В.И. Вернадского.

Воздействие на природу человеческого общества как единого целого по своему характеру резко отличается от воздействий других форм живого вещества. Человеку недостаточно атомов, необходимых для размножения и роста. Он использует природные элементы для создания техники и других атрибутов цивилизации. В масштабах последнего столетия это привело к изменению геохимических циклов в глобальном масштабе (например, увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере привело к климатическим изменениям, получившим название «парникового эффекта»).

Переход от биосферы к ноосфере определяется следующими положениями:

- этот переход закономерен и неизбежен как естественный ход эволюции независимо от воли человека;

- человек рассматривается как доминирующий элемент биосферы, выполняющий ее определенные функции во времени и пространстве;

- человек, вооруженный научной мыслью, становится величайшей геологической силой, кардинально изменяющей облик планеты;

- трансформация биосферы осуществляется за счет согласованных (когерентных) взаимодействий всех людей и их целостного влияния на природу; в этом смысле человечество становится единым целым, независимо от расового, географического или имущественного положения, и, что очень важно - это взаимодействие с учетом развития технических средств связи практически мгновенно передается во все уголки земного шара;

- развитие энергетики, открытие и применение новых видов энергии не должно входить в противоречие с природой и нарушать ее регенерационные возможности;

- возможность разумного влияния на глобальные процессы как природного, так и социального характера.

В ноосфере так же, как и в биосфере, происходит замкнутый круговорот веществ, но при этом в нем активно участвует человек. Его производительные силы становятся частью ноосферы, непрерывно обмениваются веществом, энергией и информацией с остальными элементами биосферы. Однако здесь человек перестает быть просто потребителем, живущим за счет биосферы. В ноосфере развитие человека и окружающей среды происходит коэволюционно и с учетом изменения характера взаимоотношений человека с природой.

В трудах В.И.Вернадского указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы:

1) заселение человеком всей планеты;

2) резкое преобразование средств связи и обмена между странами;

3) усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли;

4) начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;

5) расширение границ биосферы и выход в космос;

6) открытие новых источников энергии;

7) равенство людей всех рас и религий;

8) увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики;

9) свобода научной мысли от давления религиозных, философских и политических воззрений;

10) продуманная система образования и подъем благосостояния трудящихся; создание реальной возможности не допустить голода, нищеты и ослабить влияние болезней;

11) разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;

12) исключение войн из жизни общества.

В настоящее время большинство из этих условий (пункты 1-9) можно считать выполненными, пусть и с некоторыми оговорками.

Условие № 10 можно считать выполненным не в полной мере, т.к. голод, нищета и болезни по-прежнему являются спутниками значительной части населения планеты.

Что касается условия под номером 11, то оно не может считаться выполненным в силу возникновения в конце XX века целого ряда глобальных экологических проблем. Очевидно, что для разрешения этих проблем в условиях роста населения планеты требуется способность различных государств принимать единую точку зрения, чего, к сожалению, достигнуть пока не удается. В то же время следует констатировать первые шаги в направлении разумного преобразования природы, например интеграция науки и производства на базе экологической парадигмы.

Условие № 12 Вернадский считал чрезвычайно важным для создания и существования ноосферы. Но оно не выполнено и пока неясно, может ли быть выполнено. Мировое сообщество стремится не допустить мировой войны, в то время как локальные войны продолжают уносить многие жизни.

Выводы

1. Биосфера– населенная организмами геологическая оболочка, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов.

2. Различают три стадии эволюции биосферы: формирование биотического круговорота веществ; появление эукариотов; усиление роли человека.

3. Учение В.И. Вернадского о биосфере утверждает, что основной геологической силой, формирующей качественный и количественный состав планеты, является деятельность живого вещества, выполняющего энергетическую, средообразующую, транспортную, деструкционную и концентрационную функции.

4. В состав биосферы по В.И. Вернадскому, кроме живого вещества, включается биогенное, косное, биокосное, радиоактивное вещество и вещество космического происхождения, а также рассеянные атомы.

5. Границы биосферы: в атмосфере – озоновый экран, располагающийся на высоте около 25 км; в литосфере организмы способны существовать на глубине не более 7 км; вся гидросфера обитаема. Максимальная концентрация организмов («пленки жизни») наблюдается на поверхности суши, в почве и поверхностных водах Мирового океана.

6. Живые организмы разделяются на группы: по способу питания – на авто- и гетеротрофы; по роли в круговороте веществ и энергии – на продуценты, консументы и редуценты.

7. Воздействие человека на природу в XX веке приобрело глобальный характер, что соответствует положению В.И. Вернадского о переходе биосферы в качественно новое состояние – ноосферу (сферу разума), где все процессы и явления прямо или косвенно регулируются разумной деятельностью человека.

ФЕНОМЕН ЧЕЛОВЕКА