Ученый который создал учение о биосфере. I. Учение Вернадского о биосфере

Наименование параметра	Значение
Тема статьи:	Учение о биосфере
Рубрика (тематическая категория)	Экология

Биосфера – оболочка Земли, состав, структура и энергия которой определяется совокупной деятельностью живых организмов.

Глобальная экология - учение о биосфере Земли.

Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км) , часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана.

В биогеохимическом аспекте - это оболочка Земли, в пределах которой распространена жизнь.

Термин ʼʼбиосфераʼʼ ввел Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющая ʼʼлик Землиʼʼ.

Целостное учение о биосфере разработал В.И. Вернадский.

Основные свойства биосферы по В.И. Вернадскому:

1) целостность и организованность биосферы;

2) ʼʼвсюдностьʼʼ ее живого вещества;

3) наличие в ней четких дискретных образований.

Особо он выделял охваченный жизнью слой биосферы, где сосредоточена основная масса организмов: наземная, планктонная и донная пленка жизни . Биосфера как глобальная система жизни образована совокупностью биогеоценозов.

Вещество биосферы сложно и имеет несколько компонентов :

1) совокупность живых организмов - живое вещество ;

2) вещество, создаваемое и переработанное живыми организмами, - биогенное вещество (каменный уголь, битумы, известняки);

3) косное вещество , образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует (твердое, жидкое, газообразное);

4) биокосное , ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создается одновременно живыми организмами и косными процессами (почти вся вода биосферы, нефть, почва);

5) вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада;

6) рассеянные атомы, которые непрерывно создаются из различных видов земного вещества под влиянием космических излучений;

7) вещество космического происхождения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ включает отдельные атомы и молекулы, входящие в ионосферу из электромагнитного поля Солнца, проникающие из космических пространств.

Живое вещество в биосфере выполняет две основные функции :

1) Энергетическая функция : Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия, собственных источников которой она не имеет. Она может потреблять энергию только от внешних источников. Таким главным источником для биосферы является Солнце.

2) Средообразующая функция . Выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах изменения вещественного состава биосферы:

а) газовая – поглощение и выделœение газов (к примеру, зелœеные растения поглощают кислород; бактерии восстанавливают азот, сероводород; животные и растения выделяют углекислый газ).

б) концентрационная – организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелœетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний.

в) окислительно-восстановительная – живое вещество окисляет, к примеру, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов.

Г) биохимические функции связаны с жизнедеятельностью живых организмов – их питанием, дыханием, размножением, смертью и последующим разрушением тел. В результате происходит химическое превращение живого вещества сначала в биокосное, а затем, после умирания, в косное.

д) биогеохимические функции, связанные с деятельностью человека

Биосфера представляет собой грандиозную равновесную систему с непрерывным круговоротом вещества и энергии. Развитие биосферы определяется потоком энергии, доминирующим источником которой является Солнце. В биосфере энергия солнечного излучения расходуется, трансформируется, связывается. накопителями энергии являются органические вещества. Поток энергии в биосфере складывается из энергии Солнца и внутренней энергии Земли. При этом энергетический обмен охватывает всœе составные части биосферы, включая и живое вещество.

Все вещества на планете Земля находятся в процессе биохимического круговорота. Выделяют два базовых круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

· Большой круговорот длится миллионы лет. Горные породы разрушаются, выветриваются и потоками вод сносятся в Мировой океан, где образуют мощные морские напластования.

· Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне биогеоценоза и состоит по сути в том, что питательные вещества почвы, воды, воздуха аккумулируются в растениях, расходуются на создание их массы и жизненные процессы в них.

Вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. К примеру, осушение болот, вырубка лесов или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнения приводят к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде под воздействием промышленных стоков вызывает загнивание водоемов и перерасход растворенного в воде кислорода, что препятствует развитию аэробных (потребляющих кислород) бактерий. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в детергентах (синтетические моющие средства), человек нарушает круговорот элементов.

Скорость круговорота биогенных элементов достаточно высока. Время оборота атмосферного углерода составляет около 8 лет. Общее время круговорота азота оценивается более чем в 110 лет, кислорода - в 2500 лет.

Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места͵ времени и скорости процессов по уровням от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием. Это равновесие динамичное и подвижное.

В целом принцип круговорота в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединœены в общую планетарную экосистему - ʼʼбиосферуʼʼ, в которой круговорот веществ проявляется в полной мере.

Продуктивность биосферы по одним оценкам достигает 164 млрд. тонн сухого органического вещества в год. По другим оценкам- 83 млрд. тонн в год: 30 - для океанов и 53 - для наземных биомов .

Хотя океан и покрывает 0,7 общей поверхности Земли, его вклад в производство чистой продукции составляет лишь 40 %. Леса, занимающие лишь 0,1 часть площади материков, фиксируют почти половину общей энергии его продуцентами.

Культивируемые земли обладают высокой первичной продуктивностью. Но она несоизмерима с общей первичной продуктивностью леса. Высокая чистая первичная продуктивность, полученная агрономами, не означает прогресса в использовании фотосинтеза.

Ни одна из составляющих биосферу оболочек не может развиваться изолированно от других. Любое качественное изменение одной из них адекватно сказывается на другой. Всеобщий закон сбалансированности биосферы является основным принципом существования всœего органического и неорганического мира.

Количество биомассы живого вещества имеет тенденцию к определœенному постоянству. Наблюдается примерное планетарное равновесие между продукцией живого вещества и его разложением. Дисбаланс в данный процесс вносят не только (и не столько) любые естественные катастрофические изменения, происходящие на земле, но и хозяйственная деятельность человека, которая может не только быть соизмерима с катастрофически развивающимися природными факторами, но даже превышать уровень их воздействия.

Потеря объёма биомассы при вторичной продуктивности связана с колоссальными затратами энергии на дыхание, мышечную энергию, передвижение и т. д. Чем больше длина пищевой цепи, тем меньше вторичная продуктивность. К примеру, на производство 1 кг говядины требуется 80 кг травы, а для производства 1 кг форели потребуется 5 кг мяса.

Человечество, люди являются частью биосферы. Благодаря постоянно увеличивающемуся производственному воздействию на окружающую среду человек и общество вносят существенные возмущения в биосферу. Биосфера постепенно эволюционирует в ноосферу.

Понятие ноосферы было введено французскими философами Эдуардом Леруа (1870-1954) и Тейаром де Шарденом (1881-1955).

Ближе всœех к пониманию ноосферы пришли русские ученые В.И. Вернадский, К.Э. Циолковский (1857-1935) и А.Л. Чижевский (1897-1964).

Существуют узкое и широкое понятия ноосферы :

- В узком понимании единственным ноосферным объектом, определяющим фактором ее развития, выступает человек. При этом ноосфера принято понимать как высший этап развития биосферы, когда естественная и искусственная среда управляются под влиянием и воздействием со стороны разумных преобразований человека.

В случае если принять, что разумная жизнь во Вселœенной отнюдь не ограничивается только ее проявлением на Земле, то мы приходим к широкому понятию ноосферы , когда разумная деятельность выходит за рамки только лишь человеческой деятельности. В этом подходе разумная и сознательная деятельность распространяется на всю Вселœенную (Космический Разум), а ноосфера выступает как разумная сторона Вселœенной.

В.И. Вернадский подчеркивал, что человечество становится мощной геологической силой, способной производить глобальные изменения на Земле. В связи с этим биосфера как область активной жизни превращается в ноосферу - сферу разума.

До появления человека равновесие биосферы определяли пять энергетических факторов :

· солнечная радиация,

· сила гравитации,

· тектонические силы,

· химическая энергия,

· биогенная энергия.

Эти пять факторов развивались по геологической шкале времени и за 3,5 млрд. лет сформировали природную среду.

· в настоящее время появился новый фактор - энергия мирового производства (развивается не по геологической, а по исторической шкале времени; от организации производства зависит сохранение или необратимое нарушение подвижного равновесия в биосфере).

В науке существует один из важнейших принципов – принцип совместной коэволюции общества и природы – параллельная, совместная эволюция или историческая адаптация природы и человечества, крайне важно сть гармоничного совместного развития человечества и биосферы (на базе теории ноосферы Вернадского).

Учение о биосфере - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Учение о биосфере" 2017, 2018.

Понятие «биосфера» вошло в систему знаний о Земле сравнительно недавно -- в начале прошлого столетия, когда в 1926 г. вышла в свет книга академика В.И. Вернадского «Биосфера». До тех пор слово «биосфера» хотя и употреблялось в работах австрийского геолога Э.Зюсса, тем не менее, не привилось в науке сколько-нибудь прочно в силу недостаточной определенности содержания и, главное, недостаточной обоснованности того, что оно необходимо наряду с обозначениями давно известных геосфер.

В книге В.И.Вернадского впервые на богатом фактическом материале было не только раскрыто содержание понятия «биосфера», но и показано, насколько это понятие важно для понимания сущности фактически всех происходящих на поверхности Земли явлений.

В последующих трудах В.И. Вернадский всесторонне развил учение о биосфере вплоть до обоснования необходимости ввести понятие, означающее следующий, более высокий этап развития биосферы. Для этого этапа он предложил название «ноосфера», то есть «сфера разума» -- в буквальном переводе с греческого. В.И. Вернадский подразумевал под биосферой не только сферу духа, но и материальную действительность, преобразованную трудом людей.

Учение о биосфере не могло возникнуть раньше, чем в естествознании накопилось достаточное количество данных, свидетельствующих о тесной взаимосвязанности в природе явлений органического и неорганического мира.

К началу XX в. накопление фактического материала о взаимосвязанности природных явлений достигло той критической величины, когда требовалось лишь наличие субъективного фактора для приведения в систему разрозненных по различным областям науки данных и осмысления их в свете объединяющей теоретической концепции, которая охватила бы всю совокупность явлений, происходящих на земной поверхности. Такой личностью стал В.И. Вернадский, которого отличала основательность специальных знаний и способность всесторонне, и смело подойти к решению новых проблем.

В работах В.И.Вернадского нет универсального, однажды данного понятия биосферы, которого бы ученый затем придерживался как единственного, но весь ход его рассуждений позволяет считать, что биосфера -- это целостная геологическая оболочка Земли, заселенная жизнью и качественно преобразованная ею в направлении формирования и повышения жизнепригодных свойств . Организмы не просто живут на поверхности планеты, как в некоем обиталище, а тысячами нитей генетически и актуально связаны со своей средой процессами непрекращающегося обмена веществом и энергией.

Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с нею связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

В результате обменных процессов изменяются не только сами организмы, но и окружающая их абиотическая среда. Горные породы, воздух, вся поверхность суши под воздействием организмов приобретают новые свойства, становятся биогенными. Это значит, что меняется химический состав компонентов неживой природы, становится иной динамика протекающих в них физических и химических процессов, появляются новые закономерности взаимодействия и развития тел неживой природы, что в свою очередь обусловливает новые изменения во всей совокупности населяющих ее организмов.

Абиотические факторы биосферы (реки, озера, моря, океаны, ледники, снежники, воздушные массы, различные формы рельефа и т.д.) сложились задолго до появления жизни, но это нисколько не меняет того обстоятельства, что по мере возникновения и развития органического мира они оказались вовлеченными в биогенную миграцию вещества, которая стала определяющим началом по отношению ко всей совокупности изменений на земной поверхности. В этом находит проявление закономерность: с появлением более сложной формы движения материи элементарные формы движения структурно включаются в нее и оказываются функционально подчиненными ей, хотя возникли они исторически раньше сложной формы движения.

Природные тела только внешне кажутся обособленными и изолированными друг от друга. На самом деле они постоянно связаны динамичными «миграционными вихрями атомов», которые, в конце концов, способствуют существенному изменению взаимодействующих тел, причем в условиях биосферы ведущим фактором этих изменений является живое вещество.

Без учения о биосфере невозможно понять многие биологические проблемы, в частности, проблемы возникновения жизни и законов ее развития, затруднено также исследование причин образования многих видов "полезных ископаемых, что препятствует разработке методов их поиска. Наконец, для всех областей знания очень важно понять общую тенденцию изменения процессов, происходящих на поверхности планеты, а это невозможно без обобщающей теории земной поверхности.

Изучение жизни в плане общности ее с абиотической средой позволило прийти к нетривиальным результатам. Гораздо лучше, чем раньше, стала заметна исключительная роль живой материи в движении вещества и передаче энергии по поверхности планеты.

Многочисленные исследования показали, что большинство материалов поверхности нашей планеты -- фосфатов, карбонатов, кремнистых, галоидных, сернокислых, битуминозных и других пород -- ограногенны по своей природе, т.е. в их формировании либо непосредственно, либо косвенно участвовали организмы.

Еще более заметно воздействие живого вещества на состояние атмосферы. Современный состав атмосферы создан и поддерживается в основном жизнедеятельностью организмов, а от состава атмосферы зависит взаимодействие земной поверхности с космическими факторами. Несчетное количество организмов населяет водную сферу и почву (педосферу) планеты, насыщая их продуктами своей жизнедеятельности, концентрируя в составе своих тел вещества, рассеянные в среде, и качественно меняя, таким образом, состав и свойства этих оболочек. При этом свойства компонентов неживой природы меняются столь существенно, что в отношении к живому выступают зачастую как противоположные тем, какие были раньше. Так, химически чистая вода убивает все живое, а вода, обогащенная веществами биогенного происхождения, служит важнейшим условием жизни. То же самое можно сказать о различии между космической радиацией и приземной, которая является результатом взаимодействия космических излучений с верхними слоями атмосферы, особенно с озоновым экраном, порожденным, в конечном счете, фотохимической деятельностью зеленых растений. Губительный для живого короткий спектр космических лучей отбрасывается озоновым экраном, постоянно воспроизводящимся из атомов кислорода атмосферы. Благодаря этому стала возможна жизнь на суше планеты. Однако жизнь на суше не могла бы прогрессивно развиваться, занимая все новые ареалы, если бы в процессе взаимодействия с организмами выветривающаяся горная порода не превращалась в плодородную почву.

По мнению В.И. Вернадского, хотя масса живого вещества в конкретных условиях существования всегда сбалансирована с абиотической средой, в целом организмы продолжают наступать на неживую природу, отвоевывая новые места обитания и расширяя тем самым границы биосферы. Прогрессивно накапливается также масса органического вещества не только живущих организмов, но и их захороненных, постепенно минерализующихся остатков.

В свете учения о биосфере становится возможным не только понять динамику вещественно-энергетических процессов на земной поверхности, но и правильно выделить во всей сложной совокупности ее явлений и факторов наиболее важный, определяющий. Им, как полагал В.И. Вернадский, является живое вещество планеты, т.е. вся совокупность организмов, населяющих Землю, взятая в их единстве. Такой подход был новым и в корне противоречил общепринятым взглядам в науках о Земле.

Учение о биосфере дало толчок дальнейшему развитию биологии и, в частности, такому ее разделу, как экология, поскольку окружающая организмы среда предстала в более значительном и динамичном для живого плане, чем раньше. Возросло внимание биологов к надорганизменным уровням организации живого: организм стали рассматривать не как самодовлеющую величину, а как часть более сложного целого -- популяции, биоценоза и биосферы в целом.

С позиций биоценологии вся биосфера представляет собой систему взаимосвязанных обменными процессами биогеоценозов, которые являются очень важными звеньями реализации биологического круговорота вещества и энергии в его взаимодействии с геологическим круговоротом.

Взаимосвязь различных видов организмов в биогеоценозах такова, что продукты жизнедеятельности одних видов, вредные для них самих, выступают условием жизнедеятельности других. Складывается, таким образом, непрерывная последовательность цепей питания, каждое из звеньев которых достаточно необходимо и незаменимо полностью.

В свете учения о биосфере все ее компоненты предстают как закономерно возникшие и необходимым образом связанные друг с другом обменными процессами. Каждый компонент играет вполне определенную и незаменимую для данного состояния роль в поддержании целостного и упорядоченного характера биосферы как системы.

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера, являясь глобальной экосистемой, как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена:

• 1. Почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства.
• 2. Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни.
• 3. Водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен между всеми частями биосферы.

Структура биосферы . Биосфера включает в себя:

• ? аэробиосферу - нижнюю часть атмосферы;
• ? гидробиосферу - всю гидросферу;
• ? литобиосферу - верхние горизонты литосферы.

Атмосфера - газовая оболочка Земли. С высотой плотность воздуха быстро уменьшается: 75% массы атмосферы сосредоточено в слое ниже 10 км, 90% ? ниже 15 км, 99% ? ниже 30 км, 99,9% ? ниже 50 км. Воздух, лишенный влаги и твердых примесей, состоит из азота (78,08%), кислорода (20,95%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%) и незначительного количества других газов. Водяной пар вместе с углекислым газом и газообразными веществами вносят большой вклад в удержание отраженных от поверхности планеты длинноволновых тепловых лучей (так называемый парниковый эффект). Благодаря этому эффекту нижние слои атмосферы оказываются теплыми.

Область биосферы присутствует лишь в нижнем слое атмосферы -- тропосфере. Высота слоя тропосферы изменяется от 8 ? 10 км в полярных широтах до 16 ? 18 км в экваториальной зоне. Верхней границей биосферы считают зону 15 км, над которой располагается озоновый слой стратосферы в области 15 ? 25 км. Озоновый экран поглощает губительное для живых организмов коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца.

Литосфера (греч. lithos ? камень) ? внешняя твердая оболочка (кора) планеты. В ней различают три слоя: верхний? слой осадочных пород, средний? гранитный и нижний? базальтовый. Толщина слоев неравномерная, поэтому в некоторых местах гранит выходит на поверхность. Живое вещество в литосфере в основном сосредоточено в ее верхних нескольких десятках метров. Однако неактивные формы жизни (споры, цисты) и нефте-бактерии зарегистрированы и на глубинах 3 ? 4 км. Распространение жизни в более глубокие области литосферы ограничено высокими температурами земных недр (свыше 100°С). Наибольшая же плотность живого вещества литосферы отмечается в поверхностном слое земной коры? в почве.

Гидросфера - жидкая оболочка Земли. Представляет собой совокупность вод океанов, морей, озер, рек, подземных, ледяных покровов планеты. Она образует ее прерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3,8 км, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) -- 11,034 км. Около 97% массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2% -- воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые лучами солнца слои, а также прибрежные зоны.

Зоны непосредственного контакта и активного взаимодействия литосферы, атмосферы и гидросферы плотнее всего заселены живыми организмами, так как в этих областях создаются наиболее благоприятные условия для жизни -- оптимальные температура, влажность, освещенность, содержание кислорода и необходимых химических соединений, нужных для питания организмов. К верхним слоям атмосферы, вглубь океана и недр литосферы концентрация живого вещества уменьшается. Несмотря на незначительную долю живого вещества по сравнению с массой земной коры, многие изменения в ней обусловлены жизнедеятельностью обитающих в ее пределах живых организмов.

Окружающее пространство человек привычно называет природой или средой обитания. Большинство из нас получило фундаментальные знания об этом понятии на школьных уроках: природоведение (3 класс), география и биология (4), анатомия и химия (6). Но немногие понимают, каким образом эти науки объединены, кроме того, что все они относятся к области естествознания. Для обобщения всех знаний человека об окружающем мире создано одно емкое название - биосфера. Несмотря на многолетние исследования и тщательное изучение, планета Земля еще дает повод ученым задуматься о процессах, происходящих на ней.

Определение

Что называют биосферой? Толкований данного термина можно найти в литературе достаточно много, и все они отличаются по содержанию, но практически идентичны по смыслу. Наиболее часто биосферой называют глобальную экосистему планеты, в которую человек входит в качестве одного из немногочисленных видов. Если переводить название «биосфера» дословно с древнегреческого языка, то оно имеет два корня. "Сфера" обозначает "область, сфера, шар", а корень "биос" переводится как "жизнь". Получается достаточно емкое и точное название, которое, по сути, и дает определение сложной и многогранной науке. В. И. Вернадский дает расширенный ответ на вопрос о том, что называют биосферой. Он определяет это понятие как комплекс научных знаний о Земле, в который входит география, геохимия, биология, геология. Биосфера - это совокупность которые объединяются по принципу наличия живых существ и среды их обитания. Все сферы различны по составу, функциям и свойствам, но каждая их них играет значительную роль в существовании и эволюции окружающего нас мира.

Учение о биосфере

Создал целостную систему знаний философ, ученый, геолог и биохимик В. И. Вернадский. До начала XX века существовала масса исследовательских работ по изучению Земли и процессов, происходящих на ней, но углубить и обобщить данный материал удалось великому русскому ученому. В начале XIX века французский естествоиспытатель Ламарк определил начальную концепцию будущей науки, но не дал ей название. Австрийский палеонтолог и геолог Эдуард Зюсс в 1875 году предложил термин «биосфера», который используется до сегодняшнего дня. Он определит эту науку как знания обо всем живом на нашей планете. Только через 50 лет Вернадский докажет взаимосвязь живых организмов и их круговорот. Что называют биосферой на современном этапе? Это одна из оболочек планеты, в которой взаимодействуют природные элементы различного происхождения, именно их совокупность создает уникальную, сбалансированную систему.

Атмосфера

Наружная воздушная оболочка планеты Земля. Большая часть ее массы сосредоточена у самой поверхности, а в высоту она простирается на три тысячи километров. Атмосфера является наиболее легкой из всех оболочек, она не покидает поверхность только благодаря силе притяжения планеты, но с увеличением высоты ее слои постепенно разряжаются. обеспечивает защиту от радиоактивного солнечного воздействия, снижая уровень ультрафиолета, который попадает на землю. В состав атмосферы входят газы: углекислый, азот, кислород, аргон, которые обеспечивают существование живых организмов.

Гидросфера

Биосфера Земли включает в себя часть водной оболочки планеты. Ее состав разнится по агрегатному состоянию вещества. Гидросфера объединяет все водные ресурсы на планете, которые могут находиться в жидком, газообразном и твердом виде. Поверхностные слои Мирового океана служат для перераспределения тепла, поступающего от Солнца через атмосферу. Особое значение вода имеет в процессе круговорота веществ в природе, так как является наиболее мобильной фракцией. Организмы биосферы полностью освоили водную стихию, их можно обнаружить в самых глубоких придонных впадинах Мирового океана и в арктических ледниках. В химический состав гидросферы входят следующие основные элементы: магний, натрий, хлор, сера, углерод, кальций и т. д.

Литосфера

В нашей Солнечной системе не у всех планет есть твердая оболочка, Земля в этом случае является исключением. Литосфера - это огромная масса горных (твердых) пород, которые составляют часть суши и служат в качестве ложа Мирового океана. Толщина этой оболочки Земли составляет от 70 до 250 километров, ее состав наиболее разнообразен по количеству алюминий, железо, кислород, магний, калий, натрий и т. д.), которые необходимы для существования всех живых организмов. Данная геосфера характеризуется наименьшим по ширине слоем распространения жизни. Наиболее освоенным является верхний слой литосферы, который составляет несколько метров. По мере углубления возрастает температура и плотность твердой оболочки, которые наряду с отсутствием света не дают возможности существования живым организмам.

Биосфера

Данная геосфера объединяет все оболочки Земли (гидросферу, атмосферу и литосферу) наличием в них живого вещества. Для всего человечества роль биосферы переоценить сложно, она является окружающей средой и источником возникновения. Это комплексная система взаимосвязей, которые обуславливают возможность существования любого организма за счет обмена веществом и энергией. Более 40 химических элементов участвуют в процессе круговорота, который постоянно происходит между органическими и неорганическими соединениями. Основным источником энергии является Солнце. Земля расположена на оптимальном расстоянии от звезды и снабжена защитным барьером в виде атмосферы. Поэтому наряду с живым веществом солнечная энергия является важнейшим биохимическим фактором существования биосферы. За счет воздействия ряда факторов происходящие процессы имеют законченный циклический вид, они обеспечивают круговорот вещества между атмосферой, литосферой, гидросферой и живыми организмами.

Границы биосферы

При анализе протяженности оболочки биосферы можно увидеть ее неравномерное распространение. Нижняя граница расположена в слоях литосферы, она не опускается ниже значения 4 км. Верхний слой земной коры - почва - является наиболее насыщенным по плотности содержания живого вещества слоем биосферы. Гидросфера, включающая в себя просторы Мирового океана, реки, озера, болота, ледники полностью входит в состав «живой оболочки». Самые высокие концентрации организмов наблюдаются в поверхностных и прибрежных слоях водоемов, но жизнь существует и в глубоководных впадинах, на максимальной глубине более 11 км, и в придонных отложениях. Верхняя граница биосферы находится на расстоянии 20 км от поверхности. Атмосфера ограничивает «живой слой» озоновым щитом, выше которого организмы будут уничтожены коротковолновым ультрафиолетовым излучением. Таким образом, максимальная концентрация живого вещества находится на границах литосферы и атмосферы.

Состав

Учение о биосфере создал В. И. Вернадский, он же определил ключевую роль организмов при формировании и функционировании «живой оболочки» Земли. Ранее к аналогичным выводам приходили и другие ученые, но русский естествоиспытатель смог доказать необходимость присутствия в структуре неорганических соединений, которые также участвуют в общем круговороте. По его мнению, биосфера имеет следующий состав:

1. Живые организмы (биологическая масса, совокупность всех видов).
2. Биогенное вещество (создается в процессе жизнедеятельности живых организмов, является продуктом их переработки).
3. (неорганические соединения, которые создаются без участия живых организмов).
4. Биокосное вещество (образуется совместно живыми организмами и косным веществом).
5. Вещество, имеющее космическое происхождение.
6. Рассеянные атомы.

История возникновения

Миллиарды лет назад образовалась твердая оболочка Земли - литосфера. Дальнейший этап формирования того, что называют биосферой, происходил за счет геологических процессов, которые двигали тектонические плиты, вызывали извержения вулканов, землетрясения и т. д. После образования стабильных геологических форм наступил черед возникновения живых организмов. Они получили возможность развития за счет активных выбросов различных биохимических элементов, которые происходили при формировании литосферы. Живое вещество несколько миллионов лет создавало приемлемые для жизнедеятельности условия. За счет его поэтапной эволюции образовался газовый состав атмосферы. Постоянное взаимодействие органических и неорганических соединений под воздействием энергии Солнца дало возможность живому веществу распространиться на всей территории планеты и значительно изменить ее облик.

Эволюция

Первые живые организмы на Земле появились в гидросфере, их постепенный выход на сушу длился достаточно длительный период. Освоение еще одной оболочки биосферы - литосферы, стало причиной образования озонового слоя. За счет процесса фотосинтеза огромная биологическая масса поглощала из атмосферы углекислый газ и освобождала кислород. В этом случае живое вещество использует практически энергии - Солнце. Аэробные организмы, которым не хватало органических веществ в толще гидросферы, вышли на поверхность суши и значительно ускорили процесс эволюции за счет энергетического кругооборота. В настоящее время «живая оболочка» Земли находится в состоянии стабильного равновесия, но человечество оказывает на нее все большее негативное влияние. Создается новая сфера земли - ноосфера, она подразумевает более гармоничное содействие человека и природы, но это отдельная и очень интересная для изучения тема. Биосфера продолжает функционировать, несмотря на значительное уменьшение биомассы, «живая оболочка» стремится компенсировать вред, нанесенный деятельностью человека. Как показывает история, этот процесс может занять значительный промежуток времени.

Биохимические функции

Основной компонент в структуре биосферы - биомасса. Она выполняет все биохимические функции «живой оболочки», поддерживает ее состав в состоянии равновесия, обеспечивает процесс круговорота веществ и энергии. Газовая функция поддерживает оптимальный состав атмосферы. Она осуществляется за счет фотосинтеза растений, которые выделяют кислород и поглощают углекислый газ. Живые организмы при выдыхании и в процессе разложения выделяют СО 2 . Газообмен происходит постоянно, неорганические соединения принимают в нем участие при прохождении химических реакций. Энергетическая функция заключается в усвоении и преобразовании биомассой (растения) внешнего источника - солнечного света. Концентрационная функция обеспечивает накопление Все организмы в процессе жизнедеятельности накапливают необходимый уровень содержания биохимических элементов, который после их смерти возвращается в биосферу в виде органических и неорганических соединений. Окислительно-восстановительная функция заключается в биохимической реакции. Она происходит в процессе жизнедеятельности живого организма и является необходимым звеном круговорота веществ.

Биомасса

Все живые организмы распределены по земным сферам неравномерно. Наибольшая концентрация биомассы наблюдается на стыках геосфер планеты. Это происходит за счет образования оптимальных условий жизнедеятельности (температура, влажность, давление, наличие биохимических соединений). Состав биомассы также не является однотипным. На суше преимущество имеют растения, в гидросфере основу живого вещества составляют животные. Плотность биомассы зависит от географического положения, глубины обитания в литосфере и высоты - в атмосфере. Количество видов растений и животных очень велико, но ареалом обитания всех организмов является биосфера. Биология, как отдельная наука, в значительной мере объясняет все происходящие в ней процессы. Это происхождение, размножение, миграции всех видов биомассы.

Особенности биосферы

Значительность и масштаб «живой оболочки» Земли обеспечит ее постоянное изучение новыми поколениями естествоиспытателей. Система является уникальной по своей целостности, динамичности развития, сбалансированности. В качестве ее основной и наиболее удивительной особенности можно выделить устойчивость и способность к восстановлению. Количество катастроф за время существования биосферы в качестве живой пленки планеты огромно. Они приводили к вымиранию большей части биомассы, значительно изменяли внешний облик планеты, корректировали процессы, происходящие на ее поверхности и в ядре. Но после каждого удара биосфера восстанавливалась в измененной форме, приспосабливаясь к негативному влиянию или подавляя его. Именно поэтому биосфера земли является живым организмом, который может самостоятельно регулировать все происходящие в природе процессы.

Перспективы развития

Каждый современный ребенок в начальной школе изучает такой предмет, как природоведение (3 класс). На этих уроках маленькому человеку объясняют, и по каким правилам он существует. Возможно, стоит немного изменить программу и научить детей уважать и любить природу, тогда человечество сможет создать новую геосферу. Все накопленные веками знания о биосфере необходимо применить для ее дальнейшего развития, которое будет подразумевать союз природы и человека. Пока не поздно исправить нанесенный окружающей среде вред, люди должны задуматься о том, что «живая оболочка» Земли может самостоятельно восстановиться, но при этом она может ликвидировать объект, который наносит постоянный урон ее целостности и гармонии.

I. Учение Вернадского о биосфере

В развитие биологии в ХХ веке большой вклад внесли русские ученые. Русская биологическая школа имеет славные традиции. Первая научная модель происхождения жизни создана А.И. Опариным. В.И. Вернадский был учеником выдающегося почвоведа В.В. Докучаева, который создал учение о почве как своеобразной оболочке Земли, являющейся единым целым, включающим в себя живые и неживые компоненты. По существу, учение о биосфере было продолжением и распространением идей Докучаева на более широкую сферу реальности.

Значение учения о биосфере Вернадского для экологии определяется тем, что биосфера представляет собой высший уровень взаимодействия живого и неживого и глобальную экосистему. Результаты Вернадского поэтому справедливы для всех экосистем и являются обобщением знаний о развитии нашей планеты.

Термин «биосфера» введен в науку австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Он выделил четыре геологические оболочки Земли: атмосферу воздушную оболочку, гидросферу – водную оболочку, литосферу – твердую оболочку и биосферу – живую оболочку. В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, переосмыслил понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Под биосферой Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном - тонким слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью до дна самых глубоких впадин в 10-11 км. В твердую оболочку Земли жизнь проникает до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях).

Свои выводы о структуре и функциях биосферы он изложил в виде эмпирических обобщений, которые позже были названы учением о биосфере. Основные эмпирические обобщения Вернадского выглядят так:

1. Первым выводом из учения о биосфере является принцип целостности биосферы. «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы». Строение Земли, по Вернадскому, есть согласованный механизм. «Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма». Само живое вещество не является случайным созданием.

2. Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере, по Вернадскому, «все учитывается и все приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии».

3. Закон биогенной миграции атомов: в биосфере миграция химических элементов происходит при обязательном непосредственном участии живых организмов. Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Лик Земли фактически сформирован жизнью.

4. Космическая роль биосферы в трансформации энергии. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.

5. Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

6. Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.

7. Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни - физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается излучением, присутствие которого убивает жизнь и от которого предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал в 433 0 С (от минус 252 0 С до плюс 180 0 С) является предельным тепловым полем.

8. Всюдность жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

9. Постоянство количества живого вещества в биосфере. Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества (1.5 х 10 21 г и 10 20 -10 21 г). Это обобщение справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, и оно следует из того, что живое вещество является посредником между Солнцем и Землей и, стало быть, либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.

В структуре биосферы Вернадский выделил пять элементов: 1) живое вещество – совокупность живых организмов планеты; 2) косное вещество, сформированное без участия жизни; 3) биогенное вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов (нефть, уголь, газы атмосферы, известняки и т.д.); 4) биокосное вещество – результат взаимодействия живых организмов с неживой средой (почва, илы, озерная вода); 5) вещество космического происхождения.

Как следует из учения о биосфере, она выполняет следующие функции: 1) энергетическую – в процессе фотосинтеза растения поглощают энергию Солнца; 2) газовую – в процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ и выделяется кислород, в процессе дыхания наоборот поглощается кислород и выделяется углекислый газ, также из атмосферы поглощается молекулярный азот и выделяется затем в процессе денитрификации; 3) окислительно-восстановительную - в биосфере происходит взаимопревращение атомов с изменением валентности (например, соединений металлов); 4) концентрационную – живые организмы накапливают в своих телах элементы таблицы Менделеева, в результате чего после их отмирания образуются, например, полезные ископаемые; 5) деструкционную – разложение остатков мертвых организмов и их минерализация.

II. Круговорот веществ в биосфере

Считается, что в природе два основных круговорота – большой (геологический) и малый (биогеохимический).

1. Большой геологический круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Магматические породы поднимаются из недр земли в результате вулканической деятельности и движения плит, превращаются у поверхности в осадочные породы, затем в подвижных зонах снова опускаются в зону высоких температур, где снова переплавляются в магму. И движение повторяется вновь. К большому круговороту относится также круговорот воды: влага, испарившаяся с поверхности океана, выпадает дождем над сушей, откуда вода вновь стекает в океан.

1. Малый круговорот веществ (биогеохимический) совершается в пределах биосферы, движимый живыми существами. В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах - углерод, водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из атмосферы благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и возвращается в нее другими бактериями.

Круговороты элементов и веществ осуществляются за счет саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными, так как в природе нет ничего бесполезного или вредного.

Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в биосфере, действующий на всех этапах ее развития, как и правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии. В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота. Еще большую роль на биогеохимический круговорот оказывает человек. Но его роль осуществляется в противоположном направлении. Человек нарушает сложившиеся круговороты веществ, и в этом проявляется его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере на сегодняшний день.

Когда более 3 млрд лет тому назад на Земле появилась жизнь, атмосфера состояла из вулканических газов. В ней было много углекислого газа и крайне мало кислорода (если он вообще был), поэтому первые организмы были анаэробными. Так как продукция в среднем превосходила дыхание, за геологическое время в атмосфере накапливался кислород и уменьшалось содержание углекислого газа. Сейчас содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается в результате сжигания больших количеств горючих ископаемых и уменьшения поглотительной способности «зеленого пояса». Последнее является результатом уменьшения количества самих зеленых растений, а также связано с тем, что пыль и загрязняющие частицы в атмосфере отражают поступающие в атмосферу лучи.

В результате антропогенной деятельности степень замкнутости биогеохимических круговоротов уменьшается. Хотя она довольно высока (для различных элементов и веществ она не одинакова), но тем не менее не абсолютна, что и показывает пример возникновения кислородной атмосферы. Иначе невозможна была бы эволюция, ведь наивысшая степень замкнутости биогеохимических круговоротов наблюдается в тропических экосистемах - наиболее древних и консервативных.

Таким образом, следует говорить не об изменении человеком того, что не должно меняться, а скорее о влиянии его на скорость и направление изменений и на расширение их границ, нарушающее правило меры преобразования природы. Последнее формулируется следующим образом: в ходе эксплуатации природных систем нельзя превышать некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдержания. Нарушение меры как в сторону увеличения, так и уменьшения приводит к отрицательным результатам. Например, избыток вносимых удобрений столь же вреден, сколь и недостаток. Это чувство меры утеряно современным человеком, считающим, что в биосфере ему все позволено.

Надежды на преодоление экологических трудностей связывают, в частности, с разработкой и введением в эксплуатацию замкнутых технологических циклов. Создаваемые человеком циклы превращения материалов считается желательным устраивать так, чтобы они были подобны естественным циклам круговорота веществ. Тогда одновременно решались бы проблемы обеспечения человечества невосполнимыми ресурсами и проблема охраны природной среды от загрязнения, поскольку ныне только 1-2% веса природных ресурсов утилизируется в конечном продукте.

Теоретически замкнутые циклы превращения вещества возможны. Однако полная и окончательная перестройка индустрии по принципу круговорота вещества в природе не реальна. Хотя бы временное нарушение замкнутости технологического цикла практически неизбежно, например, при создании синтетического материала с новыми, неизвестными природе свойствами. Такое вещество вначале всесторонне апробируется на практике, и только потом могут быть разработаны способы его разложения с целью внедрения составных частей в природные круговороты.

Учение о биосфере - тонкой оболочке Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов, - вершина научных достижений В. И. Вернадского. Биосфера, по мнению ученого, состоит из семи взаимосвязанных веществ: живого, биогенного, косного, биокосного, радиоактивного, космического, рассеянных атомов. Везде в ее пределах встречаются либо само живое вещество, либо следы его биохимической деятельности. Воздух, вода, нефть, уголь, известняки, глины, сланцы, мрамор и гранит созданы живыми веществами планеты. Верхние слои земной коры, лишенные в настоящее время жизни, в другие геологические эпохи были переработаны живыми организмами. Самой простой структурой современной активной части биосферы является биогеоценоз.
Учение Вернадского стало основой современного представления о взаимосвязях и сопряженной эволюции всех структур биосферы. Именно этой идеологией руководствуются ученые, разрабатывающие международные и национальные программы «Международное гидрологическое десятилетие», «Всемирная климатическая программа», «Международная биологическая программа». Естественно, учение о биосфере служит научной основой рационального хозяйствования и решения экологических проблем. Вернадский считал, что появление человека ознаменовало новый этап развития биосферы, и теперь от него зависит ее судьба. Следовательно, человечеству необходимо выработать единую стратегию взаимодействия с природой, сформировать экологическое сознание, новое мышление, создать качественно новые технологии.
В 20-х годах XX в. В. И. Вернадским было разработано учение о биосфере как глобальной единой системе Земли, где основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью. Ранее большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик нашей планеты, рассматривалось как чисто физические, химические или физико-химические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т. п.). Вернадский впервые создал учение о геологической роли живых организмов, показав, что деятельность живых существ служит главным фактором преобразования земной коры. Идеи Вернадского в должной мере были оценены лишь во второй половине XX в., когда возникла концепция экосистем.
Вернадский писал, что участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли нрчтожнр, мало, однако живых


17

существ на Земле бесконечно много, и они, обладая высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и в конечном счете представляют в совокупности особый, глобальный фактор развития, преобразующий верхние оболочки Земли.
Живые организмы бесконечно разнообразны, распространены повсеместно, воспроизводятся во многих поколениях, обладают избирательностью биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.
Совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом, которое характеризуется суммарной массой, химическим составом и энергией. О роли живых организмов на Земле Вернадский писал: «Можно без преувеличения утверждать, что химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы, всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами; несомненно, что энергия, придающая биосфере ее обычный облик, имеет космическое происхождение. Она исходит из Солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Это живые организмы, которые своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом, своей смертью и своим разложением, постоянным использованием своего вещества, а главное, длящейся сотни миллионов лет непрерывной сменой поколений, своим рождением, размножением порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме биосферы».
По мнению ученого, неизбежен единственно правильный подход к биосфере как к целостной глобальной экологической системе, обладающей определенной структурой и устойчивостью, присущими ей особенностями формирования и развития. Такое понимание биосферы особенно важно сейчас, когда техногенное воздействие человека на природу достигло небывалых масштабов и способно вызвать планетарные изменения среды обитания человека.
В пределах биосферы практически каждый химический элемент проходит через цепочку живых организмов, включается в систему биогеохимических превращений. Так, весь кислород планеты - продукт фотосинтеза - обновляется через каждые 2000 лет, а углекислота - через 300 лет.
Биохимические процессы в организмах также представляют собой сложные, организованные в циклы цепи реакций. На воспроизведение их в неживой природе потребовались бы огромные энергетические затраты, в живых же организмах они протекают при посредстве белковых катализаторов - ферментов, понижающих энергию активации молекул на несколько порядков. Так как материалы и энергию для обменных реакций живые существа черпают в окружающей среде, они преобразуют среду уже тем, что живут. Вернадский подчеркивал, что живое вещество проводит гигантскую геолого-химическую работу в биосфере, полностью преобразуя верхние оболочки Земли за время своего существования.
Более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, составляет излучение Солнца, эта энергия растрачивается в громадном большинстве физических и химических процессов в гидросфере, атмосфере и литосфере: перемещение воздушных и водных масс, испарение, перераспределение веществ, поглощение и выделение газов и т. п.
На Земле существует один-единственный процесс, при котором энергия солнечного излучения не только тратится и перераспределяется, но и связывается, запасается иногда на очень длительное время, - это создание органического вещества в процессе синтеза. Так, сжигая в топках каменный уголь, мы освобождаем и используем солнечную энергию, запасенную растительностью сотни миллионов лет назад.
Таким образом, основная планетарная функция живого вещества на Земле заключается в связывании и запасении солнечной энергии, которая затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере.
Биохимическую функцию биосферы Вернадский рассматривал как всеобщее проявление жизни на Земле. Ни один отдельно взятый вид организмов не мог выполнить эту роль. Для обеспечения всего разнообразия форм биогенной миграции химических элементов необходимо было развитие определенного комплекса организмов. Отсюда возникает проблема эволюции биосферы как единого целого в процессе историко-геологического развития нашей планеты.
Таким образом, современная биосфера - итог длительного исторического развития всего органического мира в его взаимодействии с неживой природой. Благодаря этому в биосфере возникла сложная сеть взаимосвязанных процессов и явлений; благодаря взаимодействию абиотических и биотических факторов биосфера находится в постоянном движении и развитии. Она прошла значительную эволюцию со времени появления человека, т. е. на протяжении последних 2 млн лет. Однако если первоначально по своему воздействию на природу человек мог рассматриваться лишь как один из второстепенных факторов, то по мере развития цивилизации и роста ее технической оснащенности его роль стала сравнима с действием мощных геологических процессов. Это обстоятельство заставляет самым серьезным образом относиться к возможным отдаленным последствиям как производственной, так и природоохранной деятельности человека.
В результате техногенной деятельности человечества биосфера Земли коренным образом преобразуется и становится, по определению Вернадского, ноосферой - «сферой разума». Ноосфера - новое геологическое явление на нашей планете, в ней человек впервые становится крупнейшей геологической силой. Ноосфера - мир разумных, научно обоснованных поступков в глобальном масштабе.
Конечно, вряд ли можно ожидать, что эпоха ноосферы возникнет на Земле стихийно. Сам по себе может развиваться лишь процесс деградации. И он уже идет, и на территории России в том числе. Загрязнение атмосферы, воды и почвы во многих наших городах и регионах во много раз превышает безопасные для здоровья людей нормы. Очистные сооружения на промышленных предприятиях и сельскохозяйственных объектах, а также в канализационных системах зачастую находятся в предаварийном состоянии. Учащающиеся нарушения их нормального функционирования приводят к катастрофам.
О глобальной экологической катастрофе вследствие бесконтрольного и ничем не ограниченного роста производства и потребления в промышленно развитых странах настоятельно предупреждал русский ученый Н. Моисеев. В обобщенном виде его предупреждение можно изложить следующим образом: если в ближайшем будущем человечество не изменит кардинально своего поведения в планетарном масштабе в отношении природы и во взаимоотношениях на личностном, межнациональном и межгосударственном уровнях, то уже к середине наступившего XXI в. на Земле могут сложиться такие экологические условия, при которых род человеческий не сможет существовать.
Особую тревогу вызывает тот факт, что биосфера до сих пор не отреагировала на произошедшее за последние сто лет существенное увеличение - на 20-21 % - доли углекислого газа в атмосфере планеты. Поскольку этот газ служит пищей для растительных организмов, в результате естественных процессов общий объем биомассы Земли должен был значительно возрасти. Но этого почему-то не произошло, а отсутствие такой реакции - грозный симптом.
Возможно, это свидетельствует о том, что биосфера уже утратила (или начинает утрачивать) присущую ей способность компенсировать происходящие в ней возмущения, под воздействием которых она может перейти в новое состояние, непригодное для существования человека.
Однако, к величайшему сожалению, эта весьма вероятная угроза всему человечеству до сих пор не стала предметом рассмотрения ни в ООН, ни в каких-либо иных международных организациях. И ни одно правительство в мире, включая наше, на официальном уровне не признает и не опровергает существование такой угрозы. Политики как бы не замечают ее.
Корпорации, базирующиеся в странах «золотого миллиарда», кровно заинтересованы в поддержании такого мирового экономического порядка, при котором 14% населения Земли потребляют 86% мировых природных ресурсов.
Замалчивание политическими деятелями неизбежных катастрофических последствий такого «устойчивого развития» для судьбы всего человечества помогает сохранять это соотношение и лишает обделенное большинство жителей Земли даже призрачной надежды на то, что когда-нибудь это соотношение изменится.
Возможно, в каких-нибудь странах абсолютной бедности, где сегодня проживают около 60% населения Земли, среднедушевой годовой доход увеличился на несколько десятков долларов США, а в странах относительной бедности, жители которых составляют более четверти всего человечества, - на несколько сотен долларов. Но преодолеть отсталость они не смогут. Чтобы удовлетворить платежеспособный спрос «золотомиллиардников», транснациональные корпорации будут и впредь откачивать из развивающихся стран все лучшее, что у них есть.
Остановить разрушительное воздействие нынешней постиндустриальной системы общественного жизнеустройства на природу можно лишь при выработке и поэтапной реализации всеми странами новой социально-экономической доктрины. Ее определяющим принципом должно быть признание природных ресурсов, водных и воздушных бассейнов общечеловеческим достоянием. Через этот принцип должно быть реализовано неотъемлемое право каждого человека на доступ к природным благам.
Важно обратить внимание на Хартию Земли и возможность ее принятия в качестве официального документа ООН. «Хартия (Декларация) Земли» содержит фундаментальные принципы для создания справедливого, устойчивого и мирного глобального общества в XXI в. Этот документ - своеобразный аналог Декларации прав человека в области окружающей среды. И, конечно, новая
гонка вооружений, в частности продолжение США широкомасштабных экспериментов в сфере целенаправленного и мощного воздействия на околоземную среду радиоволнами высокой частоты, т. е. фактически создания геофизического оружия, несущего колоссальную потенциальную опасность для человечества, совершенно несовместима с Хартией Земли.
Россия, как известно, по своему национально-природному богатству более чем в 2 раза превосходит и США, и Западную Европу. Но если Европа использует это богатство на 50%, то Россия - всего на 2%.
Россия способна внести свой весомый вклад в ноосферную безопасность планеты, следуя новой экоэтике XXI в. Для этого ей предстоит укреплять подлинно коллективную безопасность не только на трех уровнях (в постсоветском пространстве СНГ, в расширенном и измененном формате НАТО и параметрах «Шанхайской шестерки»), но и на общепланетарном уровне.
Круговорот основных элементов в биосфере - это многократное участие веществ в процессах, происходящих в атмосфере и гидросфере, в том числе в тех слоях, которые входят в биосферу планеты. Особое значение имеют круговороты кислорода, углерода, азота, серы и фосфора. Биогеохимический цикл кислорода - планетарный процесс, связывающий атмосферу и гидросферу с земной корой. Узловыми звеньями круговорота являются: образование свободного кислорода при фотосинтезе в зеленых растениях, потребление кислорода для дыхания всеми живыми организмами, окисления органических остатков и неорганических веществ (например, сжигание топлива) и другие химические преобразования, которые ведут к образованию таких окисленных соединений, как углекислый газ, вода, и последующему вовлечению их в новый цикл фотосинтетических превращений.

В круговороте кислорода отчетливо проявляется активная геохимическая деятельность живого вещества, его ведущая роль в этом циклическом процессе. Исходя из массы органического вещества, синтезированного в течение года (с учетом 15%, потраченных на процесс дыхания), можно заключить, что ежегодное продуцирование кислорода зеленой растительностью планеты составляет около 300 х 109 т. Лишь немногим более 25% этого количества выделяется растительностью суши, остальное - фотосинтезирующими организмами Мирового океана (свободный кислород присутствует не только в атмосфере, в растворенном состоянии он содержится и в природных водах). Суммарный объем вод Мирового океана равен 137 х 109 л, а в 1л воды растворено от 2 до 8 см3 кислорода. Следовательно, в водах Мирового океана находится от 2,7 до 10,9 х 1012 т
растворенного кислорода. Часть органического вещества захороня- ется, вследствие чего из годичного круговорота выводится связанный кислород.

На суше в процессе фотосинтеза происходит фиксация углекислого газа растениями с образованием органических веществ и выделением кислорода. Остатки растений и животных разлагаются микроорганизмами, в результате чего углерод окисляется до углекислого газа и снова попадает в атмосферу. Подобный круговорот углерода совершается и в водной среде. Фиксируемый растениями углерод в значительном количестве потребляется животными, которые, в свою очередь, при дыхании выделяют его в виде углекислого газа.
Круговорот углерода в гидросфере - процесс более сложный, чем в атмосфере, поскольку возраст этого элемента в форме углекислого газа зависит от поступления кислорода в верхние слои воды как из атмосферы, так и из нижележащей толщи, так как между сушей и Мировым океаном происходит постоянный обмен углерода. Преобладает вынос этого элемента в форме карбонатных и органических соединений с суши в океан. Поступление углерода из Мирового океана на сушу совершается в несравненно меньших количествах, и то лишь в форме углекислого газа, диффундирующего в атмосферу, а затем переносимого воздушными течениями.
В круговороте азота чрезвычайно большую роль играют микроорганизмы: азотфиксаторы, нитрификаторы, денитрофикаторы. Все остальные организмы влияют на цикл азота только после ассимиляции его в состав своих клеток. Азот фиксируют также пурпурные и зеленые фотосинтезирующие бактерии, различные почвенные бактерии.
В биосфере в целом фиксация азота из воздуха составляет в среднем за год 140-700 мг/м3. В основном это биологическая фиксация, и лишь небольшое количество азота (в среднем не более 35 мг/м3 в год) регистрируется в результате электрических разрядов и фотохимических процессов.
Высокая интенсивность фиксации отмечена в некоторых загрязненных озерах с множеством синезеленых водорослей. В океане, где продуктивность ниже, фиксация азота в расчете на 1 м3 меньше, чем на суше. Однако общее количество фиксированного азота весьма значительно и важно для глобального круговорота.
В круговороте азота из огромного запаса этого элемента в атмосфере и литосфере принимает участие только фиксированный азот, усваиваемый живыми организмами суши и океана. В круговороте азота принимают участие: азот биомассы, азот биологической фиксации бактериями и живыми организмами, ювенильный (вулканогенный) азот, атмосферный (фиксированный при грозах) и техногенный.
На огромных массивах, где не ведется деятельность человека, растения берут необходимый им азот из вносимого в почву азота извне (нитраты с дождями, аммиак из воздуха), из возвращаемого в почву азота (остатки животных, растений, экскременты животных), а также из разнообразных азотфиксирующих организмов.
Наибольшее количество азота и зольных элементов содержится в биосфере лесной растительности, почти во всех типах растительности масса зольных элементов в 2-3 раза превышает массу азота. Исключение составляют тундровые растения, в которых содержание азота и зольных элементов примерно одинаково. Наибольшее количество оборачивающихся в течение года элементов (т. е. емкость биологического круговорота) - во влажных тропических лесах, затем - в черноземных степях и широколиственных лесах умеренного климата (в дубравах).
В биосфере хорошо развит процесс циклических превращений серы и ее соединений.
Резервуарный фонд серы обширен в почве и отложениях, меньший - в атмосфере. Основную роль в обменном фонде серы играют особые микроорганизмы, каждый вид которых выполняет определенную реакцию окисления и восстановления; в результате из глубоководных отложений к поверхности перемещается сероводород. В глобальном масштабе в регуляции круговорота серы участвуют геохимические и метеорологические процессы (эрозия, осадкообразование, выщелачивание, дождь, адсорбция, десорбция и т. д.), биологические процессы (продукция биомассы и ее разложение), взаимосвязь воздуха, воды и почвы. Сульфат аналогично нитрату и фосфату - основная, доступная форма серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в белки (сера входит в состав ряда аминокислот).
На круговорот азота и серы все большее влияние оказывает промышленное загрязнение воздуха, сжигание ископаемого топлива значительно увеличило содержание в воздухе летучих окислов азота (NO и М02) и серы (S02), особенно в городах. Их концентрация становится опасной для биотических компонентов экосистем.
Геохимический цикл фосфора в большей мере отличается от циклов углерода и азота. Содержание этого элемента в земной коре составляет 0,093%. Это в несколько десятков раз больше, чем азота, но в отличие от последнего фосфор не является одним из главных элементов оболочек Земли. Тем не менее его геохимический цикл включает разнообразные пути миграции в земной коре, интенсивный биологический круговорот и миграцию в гидросфере.
Фосфор - один из главных органогенных элементов. Его органические соединения играют важную роль в процессах жизнедеятельности всех растений и животных, входят в состав нуклеиновых кислот, сложных белков, фосфолипидов мембран, служат основой биоэнергетических процессов. Фосфор концентрируется живым веществом, где его содержание в 10 раз больше, чем в земной коре. На поверхности суши протекает интенсивный круговорот фосфора в системе «почва-растения-животные-почва». В связи с тем что минеральные соединения фосфора труднорастворимы и содержащийся в них элемент почти недоступен растениям, последние преимущественно используют его легкорастворимые формы, образующиеся при разложении органических остатков. Круговорот фосфора происходит и в системе «суша-Мировой океан»: происходит вынос фосфатов с речным стоком, взаимодействие их с кальцием, образование фосфоритов, залежи которых со временем выходят на поверхность и снова включаются в миграционные процессы.
Человек должен планировать свою хозяйственную деятельность с учетомщикличности природных процессов. Особенно тщательно это следует делать в земледелии, пастбищном животноводстве, водоснабжении, навигации. Распашка, внесение минеральных удобрений, загрязнение нефтью и тяжелыми металлами обедняют фауну почвы. Нарушаются и даже полностью выпадают звенья нормальных пищевых цепей и биогеохимических циклов. Реакция почвы на вмешательство человека необычайно велика.
Запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих их организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись как в течение жизни организмов, так и после их смерти. Ведь общество обра

зует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, образует круговорот.
Основным механизмом удержания солнечной энергии и образования фитомассы, включающей огромные количества углерода, воды и распространенных биофилов, становятся биогеоценозы лесных и травянистых ландшафтов.
К невозобновимым ресурсам относятся богатства недр. Использование этих ресурсов возможно только один раз (хотя некоторые металлы могут служить вторичным сырьем), и оно неизбежно приводит к истощению их запасов, такие виды ресурсов имеют конечные запасы, и пополнение их на Земле практически невозможно из-за отсутствия условий, в которых они возникли много миллионов лет назад, или происходит оно очень медленно.
К возобновимым ресурсам принадлежат почва, растительность, животный мир, а также некоторые минеральные ресурсы, например, соли, осаждающиеся в озерах и морских лагунах, они могут воспроизводиться в природных процессах и поддерживаться в некотором постоянном количестве, определяемом уровнем их ежегодного воспроизводства и потребления.
Однако иногда при расточительном использовании некоторые виды возобновимых ресурсов могут перейти в разряд невозобновимых или на их возобновление потребуется слишком много времени. Например, состав почв, повышающих плодородие при их рациональном использовании, может резко ухудшиться при неправильных методах обработки, а эрозия, возникающая при этом, часто физически уничтожает почвенный слой. То же можно сказать и о ресурсах растительного и животного мира. При хищническом использовании нарушается способность биологических систем к самовоспроизводству, и тогда эти ресурсы становятся практически невозобновимыми.
Благодаря непрестанному функционированию системы «атмосфера-почва-растения-животные-микроорганизмы» сложился биогеохимический круговорот многих химических элементов и их соединений на суше, в атмосфере и внутриконтинентальных водах. Его суммарные характеристики сопоставимы с суммарным речным стоком суши, суммарным поступлением вещества из верхней мантии в биосферу планеты. Именно поэтому живое вещество на Земле уже многие миллионы лет - фактор геологического значения.
Природа таит неограниченные возможности для удовлетворения потребностей человека. Однако только силой научного познания в процессе производственной деятельности человек заставляет
природные ресурсы служить удовлетворению своих потребностей.
Человек использовал ресурсы (прежде всего пищу, воду, воздух) с самого начала своего существования, однако на первых порах он не прилагал усилий для их воспроизводства. Ресурсы определяли области расселения раннего человека. Под ресурсами для простого воспроизводства доиндустриального общества понимаются естественные производительные силы традиционных многовековых форм ведения хозяйства, в котором использовались главным образом вещества, не прошедшие глубокой обработки: камень, дерево, натуральные волокна и т. д. Индустриальное общество базируется на природных ресурсах, нужных не столько для поддержания жизни человека, сколько для производства товаров и услуг, обеспечивающих более развитые потребности отдельных людей и общества в целом. Подавляющая часть ресурсов расходуется в процессе расширенного воспроизводства.