Биосферный уровень

Понятие о биосфере как особой оболочке Земли (об­ласти распространения жизни) было предложено австрий­ским геологом Э. Зюссом в 1875 г. и кардинально перера­ботано и наполнено новым смыслом выдающимся русским ученым В. И. Вернадским. Главным содержанием его уче­ния о биосфере являются обобщения о роли организмов в преобразовании земной коры и создании биосферы, о «жи­вом веществе» как мощной геологической силе. Биосфе­ра, по Вернадскому, не только область распространения жизни, но и ее производная. Совокупность организмов Земли участвует во всех протекающих в биосфере про­цессах. Для обозначения этой совокупности организмов В. И. Вернадский и ввел понятие живого вещества, опре­делил его массу, химический состав и энергию. Он пока­зал, что живое вещество определяет все основные химиче­ские закономерности в биосфере, ее особую динамическую структуру и организованность. Раздел учения о биосфере В.И. Вернадского, посвященный эволюции биосферы и роли человечества в этом процессе на современном этапе, представляет сегодня особый интерес.

Живые организмы обитают в трех «оболочках» плане­ты — литосфере(верхняя твердая оболочка Земли), гид­росфере(совокупность океанов, морей, озер, рек и т. п.) и атмосфере(газовая оболочка планеты). Поскольку основ­ным источником энергии, обеспечивающей функциони­рование биосферы, является лучистая энергия солнца, то в основном живые существа обитают в тех зонах, куда по­ступает свет. Большая часть видов живых организмов за­селяет поверхность литосферы и верхние слои гидросфе­ры (на границе с атмосферой). Однако существование час­ти организмов возможно и в неосвещаемых зонах. Так, в толщу вод и на дно водоемов постоянно попадают мерт­вые организмы, экскременты, много органики заносится (живыми организмами, потоками воды и т. д.) в верхние слои атмосферы. Именно поэтому живые организмы встре­чаются во всей толще гидросферы (до максимальных глу­бин в океане — 11 км) и проникают в литосферу до не­скольких десятков метров (например, дождевые черви, корни растений). На глубине 3 км (в нефтеносных слоях) были обнаружены своеобразные бактерии, живущие за счет этого субстрата. Живые организмы широко освоили и нижние слои атмосферы — на высоту до нескольких де­сятков метров над поверхностью земли (до такой высоты растения могут выносить свои кроны и служить местом обитания разных животных, грибов, бактерий). Восходя­щие токи воздуха используются некоторыми птицами для подъема на высоту в несколько километров (грифы, бер­куты и т. д.). Эти воздушные потоки могут заносить на многокилометровую высоту споры, цисты, семена разных организмов. Определяя границы биосферы, можно указать следующие параметры — в атмосфере жизнь встречается до 20 км (лимитирующий фактор — ультрафиолетовое излучение), в литосфере — до 2-3 км (лимитирующие фак­торы — плотность среды, дефицит кислорода, повышение температуры до 100°С уже на глубине 3 км).

Биосфера— экологическая система планетарного, мас­штаба (живая мегасистема) — обладает такими фундамен­тальными свойствами живого, как самовоспроизведение, устойчивость (гомеостаз), саморегуляция и способность к эволюции. За 3,5 млрд. лет существования биосферы на Земле происходили глобальные изменения — смена кли­мата, мощные тектонические процессы, затопления суши, движения материков, но биосфера продолжала существо­вать и развиваться. Все вышеназванные свойства биосфе­ры определяются совокупностью всех живых существ на планете, их способностью к размножению; сложными взаимоотношениями между собой и с неживой природой, окружающей их; способностью к эволюции; «обеспече­ние» круговорота веществ в биосфере.

Именно поэтому В. И. Вернадский отводил главную роль в существовании и развитии биосферы совокупности живых организмов — живому веществу — и выделял четыре функции живого компонента биосферы: газовую, окислительно-восстано­вительную, концентрационную и почвообразовательную. В результате происходящего метаболизма организмов (фотосинтез, дыхание, брожение и др.) регулируется и поддерживается химический состав атмосферы. Биоген­ное образование основных ее газов - кислорода и азота — было показано еще В. И. Вернадским, а сейчас установле­но биогенное происхождение водорода (примерно на 50%), окиси углерода, аммиака и других газов. Поступление и расход кислорода, азота и углекислого газа регулируются орга­низмами. Создав миллионы лет назад атмосферу Земли, организмы обусловили и формирование озонового слоя, который защищает все живое от губительного ультрафио­летового излучения (ультрафиолет обладает к тому же мощным мутагенным и онкогенным воздействием). Всё вы­шесказанное раскрывает смысл понятия - газовая функ­ция живого вещества. Увеличение концентрации кисло­рода в атмосфере повлияло на скорость и интенсивность окислительно-восстановительных реакций в литосфере и гидросфере и, тем самым, интенсифицировало круговорот веществ в биосфере. Способность организмов концентрировать (накапли­вать) в своих телах, скелетах химические элементы, рассеянные в окружающей среде, обусловливает участие живых организмов в образовании осадочных пород — залежи мела, известняка, кремнистые породы, торф, уголь, нефть. Наконец, живые организмы обусловливают процесс поч­вообразования. Почва — особое природное тело, образую­щее верхний слой литосферы и обладающее свойством пло­дородия (то есть способностью удовлетворять потребности растений в питательных веществах, влаге, воздухе и т. д.). Почва образуется из продуктов разрушения поверхностных слоев литосферы под действием микроорганизмов, расте­ний и животных. За счет минерализации органических ве­ществ отмирающих организмов образуется особое органи­ческое вещество почвы — гумус(перегной).

Особое место в трудах В. И. Вернадского занимает кон­цепция эволюции биосферы. Ученый выделяет три этапа развития биосферы.

Первый этап — возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом веществ; ведущие факторы на этом этапе — геологические и климатические изменения на Земле.

Второй этап — усложнение структуры биосферы в ре­зультате появления одноклеточных и многоклеточных эукариотных организмов; движущим фактором выступа­ет биологическая эволюция.

Третий этап — возникновение человеческого общест­ва и постепенное превращение биосферы в ноосферу;ве­дущим фактором в этом процессе является разумная дея­тельность человека, характеризующаяся рациональным регулированием взаимоотношений человека и природы.

Место человека в биосфере имеет свою существенную специфику, обусловленную биосоциальной природой че­ловека. Его существование, как и всех других гетеротроф­ных организмов, зависит от наличия органической пищи, воздуха, воды и т. д. В то же время человек обладает осо­бенностью, выделяющей его из живой природы — труд, творческая деятельность, производственные отношения, определяющиеся его социальной сущностью.

На ранних этапах существования человека его деятель­ность не нарушала равновесия в биосфере. Потребляемые человечеством ресурсы природы и продукты его жизне­деятельности циркулировали в общем круговороте ве­ществ так же, как и других видов живых существ. Но со временем в результате роста численности людей и разви­тия цивилизации все возрастает использование природ­ных ресурсов человеческим обществом. Человек становит­ся мощным экологическим фактором, нарушившим преж­нее равновесие в природе, биосфере.

Воздействия человека на окружающую природу достиг­ли к настоящему времени планетарных масштабов: проис­ходят изменения климата, ландшафтов, состава атмосферы, видового и численного состава живых существ. Повсемест­ное уничтожение лесов приводит к снижению выделения в атмосферу кислорода и утилизации углекислого газа, к эро­зии почв, нарушению водного режима и изменению клима­та. Сжигая органическое топливо, человек снижает содер­жание кислорода в атмосфере (так, например, при пробеге автомобилем 100 км пути расходуется годовая норма кисло­рода для одного человека). За последние годы отмечается повышение содержания углекислого газа в атмосфере, на­копление промышленной пыли. Это ведет к усилению роли «парникового эффекта» — нарушению рассеивания тепла с поверхности Земли в космос, что приводит к постепенному потеплению климата на планете. По некоторым данным, за последние 30 лет средняя температура приземной ат­мосферы повысилась на 1°С. Если тенденция загрязнения атмосферы сохранится, то через 30-50 лет температура увеличится еще на 2-3 градуса, что приведет к таянию «по­лярных шапок» и катастрофическому повышению уров­ня Мирового океана. В атмосферу ежегодно поступают мил­лионы тонн загрязненных веществ. Особую опасность пред­ставляет сернистый газ, который соединяется с парами воды и является причиной выпадения кислотных дождей. Повсе­местно на нашей планете отмечается ухудшение состояния водных систем в результате ирригационных и мелиоративных мероприятий. Происходит истощение подземных вод, массовая гибель малых рек, сокращение крупных рек, высыхание крупных водоемов. Промышленные и бытовые стоки, загрязняющие гид­росферу солями тяжелых металлов, радионуклеотидами и прочими ядовитыми веществами, составляют 700 км³ в год (примерно 3% всего планетарного объема воды). Тя­желый ущерб природным водным системам наносит «теп­ловое загрязнение» — сбросы термальных вод. Значитель­но воздействие человека на литосферу — распахивание земель для сельскохозяйственных нужд (сегодня 30% суши занято угодьями) приводит к эрозии почв, их заса­ливанию, поднятию грунтовых вод. В результате деятель­ности человека только на протяжении последних столе­тий были уничтожены многие виды растений и животных. В числе последних такие, например, как тур, стеллерова (морская) корова, эпиорнис, дронт, странствующий голубь и многие другие.

Рассматривая переход биосферы в ноосферу («сферу разума»), В. И. Вернадский предполагал плановое, науч­ное использование природных ресурсов, предусматриваю­щее восстановление в круговороте веществ того, что чело­век нарушает. До настоящего времени человечество явно недостаточно уделяло внимания проблемам охраны био­сферы и рационального природопользования. Однако в последней четверти XX столетия проблемы окружающей среды, регулирования взаимоотношений между человеком и природой становятся делом каждого человека. Челове­чество вплотную приблизилось к возможности глобаль­ной экологической катастрофы. Угроза собственному су­ществованию заставила человека безотлагательно решать эти проблемы, задействуя и людские ресурсы, и значитель­ные средства. Сегодня существуют многочисленные пра­вительственные и общественные организации, научные коллективы, нацеленные на оценку состояния биосферы, разработку международных и национальных научных программ, научно-технических проектов по восстановле­нию ущерба, нанесенного природе; проведению природо­охранных мероприятий. В промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте разрабатываются и внедряются новые технологии, направленные на снижение негативного влияния человека на биосферу. В политике сего­дняшнего дня проблемы экологии занимают одно из ве­дущих мест, заключаются многочисленные межгосудар­ственные договоры и соглашения по поводу совместных действий в области охраны природы и рационального ее использования. Все эти процессы подтверждают идеи В. И. Вернадского о превращении биосферы в ноосферу и дают основание человечеству с оптимизмом смотреть в будущее.