Современные представления о биосфере Земли.

Биосфера – оболочка планеты, населенная живым веществом. В химическом строении биосферы главная роль принадлежит кислороду, углероду и водороду, составляющим по весу 96,5% живого вещества, а также азоту, фосфору и сере, которые называются биофильными.

В.И. Вернадский определил биосферу как особую охваченную жизнью оболочку Земли. В физико-химическом составе биосферы В.И. Вернадский выделяет следующие компоненты:

-живое вещество – совокупность всех живых организмов;

-косное вещество – неживые тела или явления (газы атмосферы, горные породы магматического, неорганического происхождения и т.п.);

-биокосное вещество – разнородные природные тела (почвы, поверхностные воды и т.д.);

-биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (гумус почвы, каменный уголь, торф, нефть, сланцы и т.п.);

-радиоактивное вещество (образуется в результате распада радиоактивных элементов радия, урана, тория и т. д.);

-рассеянные атомы (химические элементы, находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии);

-вещество органического происхождения (космическая пыль метеориты).

С учетом современных представлений, биосфера включает оболочку Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и часть вещества планеты, находящуюся в непрерывном обмене с этими организмами. Иными словами биосфера – это область активной жизни, которая охватывает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Структура биосферы представляет собой совокупность газообразной, водной и твердой оболочек планеты и живого вещества, их населяющего. Масса биосферы составляет приблизительно 0,05% массы Земли, а ее объем – 0,4% объема планеты. Границы биосферы определяет распространение в ней живых организмов. Поскольку граница биосферы обусловлена полем существования жизни, где возможно размножение, то она совпадает с границей тропосферы (нижнего слоя атмосферы), высота которой от 8 км над полюсами до 18 км над экватором Земли.

В состав биосферы полностью входит вся гидросфера (океаны, моря, озера, реки, подземные воды, ледники), мощность которой составляет 11 км. Наибольшая концентрация жизни сосредоточена до глубины 200 м, в так называемой эвфотической зоне, куда проникает солнечный свет и возможен фотосинтез. Глубже начинается дисфотическая зона, где царит темнота и отсутствуют фотосинтезирующие растения, но активно перемещаются представители животного мира, непрерывным потоком опускаются на дно отмершие растения и останки животных.

Согласно первой гипотезе о самозарождении жизни на Земле на поверхности безжизненной планеты происходил медленный абиогенный синтез органических веществ, которые образовались из вулканических газов при разрядах молний. Примитивные организмы сформировались из белковых структур в конце раннего архея, около 3 млрд. лет назад. Первые одноклеточные организмы, способные к фотосинтезу, возникли около 2,7 млрд. лет назад, а первые многоклеточные – не менее чем на 1 млрд. лет позже. В условиях отсутствия озонового экрана жизнь могла развиваться только в прибрежных частях морей и внутренних водоемах, на дно которых проникал солнечный свет. Из органических соединений возникали многомолекулярные системы, взаимодействующие со средой, благодаря эволюции они приобретали свойства живых организмов.

Сейчас на первое место вышла космохимическая гипотеза происхождения жизни в пределах Солнечной системы (теория панспермии). Есть данные, свидетельствующие о том, что жизнь существовала на Земле намного раньше, чем 3 млрд. лет (по А.И. Опарину). Наиболее древним участком земной коры является комплекс Исуа в Западной Гренландии, возраст которого не менее 3,8 млрд. лет. В горных породах Исуа обнаружены явные следы геохимического характера, указывающие на присутствие биосферы с фотоавтотрофными организмами, следовательно, на существование жизни в это время. Однако автотрофным организмам должны предшествовать гетеротрофные, как более примитивные, поэтому начало жизни отодвигается за пределы даты в 4 млрд. лет, т.е., возможно, что жизнь на Земле существует столько же времени, сколько и сама планета.

В.И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества: жизненные пленки и сгущения жизни. Жизненные пленки, занимающие огромные пространства, приурочены к границам раздела фаз. В частности, отличительной особенностью океанического биострома является наличие в нем двух пленок жизни: водно-поверхностной (эвфотической или планктонной) идонной. Планктонная пленка приурочена к эвфотической зоне Мирового океана, границе соприкосновения атмосферы и гидросферы, где с помощью фтосинтеза фитопланктон создает органическое вещество – пищу для подавляющей части организмов на всех глубинах океана. Донная пленка жизни занимает дно (бенталь) океана (заселен бентосом), находится на разделе жидкой и твердой фаз вещества. Водно-поверхностный и донный слои биострома вблизи берегов, на мелководье, смыкаются, образуя здесь единый океанический биостром, отличающийся в равной мере богатым и разнообразным планктоном и бентосом.

На суше существуют две пленки жизни – наземная и почвенная. Наземная пленка (наземный биостром) находится на поверхности почвы и полностью включает растительный покров (фитостром) и животное население суши (зоостром и микробиостром). Почвенная пленка приурочена к тонкому поверхностному слою литосферы, преобразованному почвообразующими процессами.

Живое вещество в биосфере распределено неравномерно не только по вертикали, но и по площади, образуя сгущения жизни. На суше такими сгущениями жизни являются леса, болота, поймы рек и озера; в океане выделяют следующие типы сгущения жизни: прибрежное (возникает там, где перекрываются планктонная и донная пленки жизни – побережье, шельф и эстуарии рек); саргассовое (приурочено к участкам океана, занятым бурой водорослью саргассум); рифтовое (массовое мелководное поселение коралловых полипов и других морских организмов с твердым известняковым скелетом – Большой Барьерный риф в Тихом океане); апвеллинговое (образовано там, где ветры отгоняют теплую поверхностную воду от берегового склона в субтропических и тропических широтах, в результате чего на поверхность поднимается холодная глубинная вода, богатая биогенными элементами); абиссальное рифтовое(оазисы небольших размеров в глубоководных желобах и вне их, населенные рифтиями, полихетами, двухстворчатыми моллюсками, слепыми крабами и рыбами при полном отсутствии растений – открыто к северо-востоку от Галапагосских островов, на глубине 2450 м).

Учение Вернадского о ноосфере.

Академик Владимир Иванович Вернадский - великий русский ученый, естествоиспытатель и мыслитель, создатель новых научных дисциплин, учения о биосфере, учения о переходе биосферы в ноосферу.

По мнению В.И. Вернадского, основные предпосылки создания ноосферы сводятся к следующему.

1) Человечество стало единым целым. Мировая история охватила как единое целое весь земной шар, совершенно покончила с уединенными, мало зависимыми друг от друга культурными историческими областями прошлого. Сейчас «нет ни одного клочка Земли, где бы человек не мог прожить, если б это было ему нужно».

2) Преобразование средств связи и обмена. Ноосфера - это единое организованное целое, все части которого на самых различных уровнях гармонично связаны и действуют согласованно друг с другом. Необходимым условием этого является быстрая, надежная, преодолевающая самые большие расстояния связь между этими частями, постоянно идущий материальный обмен между ними, всесторонний обмен информацией.

3) Открытие новых источников энергии. Создание ноосферы предполагает столь коренное преобразование человеком окружающей его природы, что ему никак не обойтись без колоссальных количеств энергии.

4) Подъем благосостояния трудящихся. Ноосфера создается разумом и трудом народных масс.

5) Равенство всех людей. Охватывая всю планету как целое, ноосфера по самому своему существу не может быть привилегией какой-либо одной нации или расы. Она дело рук и разума всех народов без исключения.

6) Исключение войн из жизни общества. В наше время война, угрожая самому существованию человечества, встала как самое большое препятствие на пути к ноосфере. Отсюда следует, сто без устранения этой преграды достижение ноосферы практически невозможно и, напротив, уничтожение угрозы войны будет означать, что человечество сделало крупный шаг к созданию ноосферы.

Ноосфера, по мнению Вернадского, - это новая геологическая оболочка Земли, создаваемая на научных основаниях.

Ноосфера является результатом действия слившихся в единый поток двух величайших революционных процессов современности: в области научной мысли, с одной стороны, и социальных отношений - с другой. Поэтому создание ноосферы возможно лишь как следствие прочного союза тех сил, которые являются основой этих процессов, т.е. союза науки и трудящихся масс.

По мысли В.И. Вернадского, ноосфера - это гармоническое соединение природы и общества, это торжество разума и гуманизма, это слитые воедино наука, общественное развитие и государственная политика на благо человека, это - мир без оружия, войн и экологических проблем, это - мечта, цель, стоящая перед людьми доброй воли, это - вера в великую миссию науки и человечества, вооруженного наукой.

Оценивая роль человеческого разума и научной мысли как планетарного явления В.И. Вернадский пришел к следующим выводам:

1. Ход научного творчества является той силой, которой человек меняет биосферу, в которой он живет.

2. Это проявление изменения биосферы есть неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли.

3. Это изменение биосферы происходит независимо от человеческой воли, стихийно, как природный естественный процесс.

4. А так как среда жизни есть организованная оболочка планеты - биосфера, то вхождение в ходе ее геологически длительного существования нового фактора ее изменения - научной работы человечества - есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние - в ноосферу.

5. В переживаемый нами исторический момент мы видим это более ясно, чем могли видеть раньше. Здесь вскрывается перед нами «закон природы». Новые науки - геохимия и биохимия - дают возможность выразить некоторые важные черты процесса математически.

В связи с развитием производственных сил возникают новые по качеству круговороты вещества в биосфере по пути превращения ее в ноосферу. Основные их признаки заключаются в следующем.

1) Возрастание механически извлекаемого материала земной коры - рост разработки месторождений полезных ископаемых.

2) Происходит массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох.

3) Процессы в антропогенной биосфере приводят к рассеиванию энергии, а не к ее накоплению, что было характерно для биосферы до появления человека.

4) В биосфере в массовом количестве создаются вещества, ранее в ней отсутствовавшие, в том числе чистые металлы.

5) Появляются, хотя и в ничтожно малых количествах трансурановые химические элементы (плутоний и др.) в связи с развитием ядерной технологии и ядерной энергетики. Совершается освоение ядерной энергии за счет деления тяжелых ядер.

6) Ноосфера выходит за пределы Земли в связи с прогрессом научно-технической революции.

В связи с потребительским отношением к природным ресурсам и накоплением отходов производства антропогенная нагрузка на биосферу быстро возрастает и приближает биосферу к критическому состоянию. Естественно, что возникает проблема ограничения антропогенных воздействий, которая в наши дни становится чрезвычайно актуальной. Это осознается научной общественностью и многими политическими деятелями.

В связи с возрастанием антропогенной нагрузки на биосферу возникают многочисленные проблемы, которые предстоит решить в ближайшем будущем во избежание роковых последствий. Это чрезвычайно важная задача, решение которой потребует больших усилий со стороны человеческого разума, привлечения ученых в области естественных и гуманитарных наук.

Концепция ноосферы отражает новый, объективно происходящий в мире, стихийный процесс перехода биосферы в новое эволюционное состояние - ноосферу под влиянием социальной научной мысли и труда человечества. Этот процесс, относящийся к началу эпохи НТР, предопределен возникновением и резким ускорением научно-технического прогресса в ХХ веке на большей части Земли.

Главным социальным двигателем перехода биосферы в ноосферу в современный период, согласно предвидениям В.И. Вернадского, служит резко возросшая творческая активность народных масс, стремление их к получению максимального научного знания, участия в общественной жизни и управления государством.

Концепция ноосферы в качестве основополагающего условия ее создания и проявления выдвигает отсутствие разрушительных войн между народами.