Биосфера и ноосфера Вернадского

Введение

Сегодня во весь рост поднимается перед людьми одна из сложнейших проблем, независимо от того, живут ли они в Африке или в Европе, в больших городах или в джунглях. Она касается каждого из нас, и избежать её никому не дано. Это- проблема сохранения жизни на планете, выживания человека, как одного из уникальных видов живых существ.

Решение этой проблемы зависит от того, насколько  каждый из нас и все человечество вместе осознают «запретную черту», переступить через которую человечество не должно ни при каких обстоятельствах. Такой «запретной чертой» являются законы жизни на планете.

Раздел 1. Биосфера и ее эволюция, ресурсы, биопродуктивность.

Основные положения учения о  биосфере.

В.И.Вернадский заложил основы учения о биосфере, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем. На первом этапе, однако, он ограничился обзором геологических оболочек и геосфер Земли (Реймерс, 1994).

По представлениям В.И.Вернадского, биосфера включает семь различных типов веществ, которые связаны между собой:

- живое вещество (все живые организмы),

- биогенное - созданное живыми организмами, источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть).

- косное - совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют (магматические горные породы и т.п.);

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

- радиоактивное  вещество;

- вещество  космического происхождения (метеориты и др.);

- рассеянные  атомы.

Биогенные вещества разбиваются на две категории (Лало, 1979):

- необиогенное вещество, образованное живым веществом, существующим в данную геологическую эпоху;

- палеобиогенное вещество, образованное живым веществом прошедших геологических эпох.

Необиогенное вещество крайне неустойчиво, главным образом за счет того, что его энергично перерабатывают живые организмы (микроорганизмы, насекомые и т.п.). Только незначительная часть необиогенного вещества переходит в ископаемое состояние и становится, таким образом, палеобиогенным веществом.

Важное значение учения В.И.Вернадского состоит в признании исключительной роли живого вещества, преобразующего облик планеты. Суммарный результат его деятельности за геологический период времени огромен. По словам В.И. Вернадского «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому более могущественной, чем живые организмы, взятые в целом».

Вторым важным аспектом учения В.И. Вернадского является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среда. «Организм, – писал В.И.Вернадский, – имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена и к нему» (В.И.Вернадский, 1934).

Рассмотрим  экологические законы, действующие в биосфере в целом. Одним из самых общих законов является закон физико-химического единства живого вещества (Вернадского): все живое вещество Земли физико-химически едино. Этот закон не исключает биогеохимической специфики живых организмов, но свидетельствует о том, что жизнь качественно едина и подчиняется единым законам.

Занимаясь созданной  им биогеохимией, В.И.Вернадский предложил три биогеохимических принципа (или закона), которые также носят его имя.

Первый  биогеохимический принцип: биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к максимальному своему проявлению.

Второй  биогеохимический принцип: эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.

Третий  биогеохимический принцип: живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создается и поддерживается на Земле космической энергией Солнца.

Здесь уместно  привести еще два закона экологии - принцип Шетелье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. И термодинамическое правило Вант-Гоффа-Арениуса: повышение температуры на 10 градусов приводит к 2-3-кратному ускорению химических процессов.

Последние два  закона дали возможность Н.Ф. Реймерсу предположить, что при изменении среднеглобальной температуры на 10 градусов (1,5 раза от современного уровня) скорее всего, будет нарушено действие принципа Ле Шателье-Брауна и «биота как бы сама себя «съест» , так как процессы обмена веществ, усиливаясь, приведут не к сопротивлению изменениям в окружающей биоту среде, а к быстрой самодеструкции биосферы» (Реймерс).

Это повлечет за собой нарушение двух первых биогеохимических принципов Вернадского и искажению третьего.

Следующий закон, описанный В. И. Вернадским! – закон биогенной миграции атомов: миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом. Пс поводу этого закона Н. Ф. Реймерс писал: «Закон  биогенной миграции атомов дает в руки человечеству ключи для сознательного управления биогеохимическими процессами на планете и в ее регионах. Там, где ранее были сделаны упущения, и среда жизни деградировала, на его основе возможно активное (но постепенное) выправление сложившегося положения, главным образом с помощью «мягкого», опосредованного управления природными процессами»(Реймерс).

Для понимания  процессов, протекающих в биосфере важно иметь в виду закон (правило), на который В.И.Вернадский в свое время не обратил внимания - правило незамкнутости биогеохимических  круговоротов: хотя степень замкнутости глобальных биогеохимических круговоротов высока, для различных элементов и веществ она не одинакова и в целом – не абсолютна.

Подтверждением  этому служит образование биогенных  геологических пород и многие другие примеры.

Эволюция биосферы.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют  между собой, составляя целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных тел)

По современным  представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е. оболочки, образованной веществом Земли, происходило на ранних стадиях существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно и слабо, затем  все быстрее и значительнее стало  проявляться влияние живой материи на геологические процессы Земли.

Деятельность  живого вещества, проникшего во все  уголки планеты, привела к возникновению  нового образования - биосферы - тесно  взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.

Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату, топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам. Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в постоянном динамическом равновесии и развитии.

В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот, характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находящихся одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью - количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой.

Установившиеся  за многие миллионы лет круговороты  энергии и вещества в биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные (местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем (биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.

Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние времена различные жизненные формы и виды растений, животных, микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество, можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в вечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканических районов.

Такую способность  к распространению живого вещества В.И.Вернадский назвал “всюдностью жизни”.

Эволюция  биосферы шла по пути усложнения структуры  биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

Вершиной  эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание (совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало  создавать фактически искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

Раздел 2. Биосфера и человек. Ноосфера.

Возникновение и развитие ноосферы.

Ноосфе́ра (греч. νόος — «разум» и σφαῖρα — «шар») — сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «социосфера», «биотехносфера»). Ноосфера — новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием человеческого общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы. Согласно Вернадскому, «в биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного».

В ноосферном учении Человек предстаёт укоренённым в Природу, а «искусственное» рассматривается как органическая часть и один из факторов (усиливающийся во времени) эволюции «естественного». Обобщая с позиции натуралиста человеческую историю, Вернадский делает вывод о том, что человечество в ходе своего развития превращается в новую мощную геологическую силу, своей мыслью и трудом преобразующую лик планеты. Соответственно, оно в целях своего сохранения должно будет взять на себя ответственность за развитие биосферы, превращающейся в ноосферу, а это потребует от него определённой социальной организации и новой, экологической и одновременно гуманистической этики.

Ноосферу  можно охарактеризовать как единство «природы» и «культуры». Сам Вернадский говорил о ней то как о реальности будущего, то как о действительности наших дней, что неудивительно, поскольку он мыслил масштабами геологического времени. «Биосфера не раз переходила в новое эволюционное состояние… — отмечает В. И. Вернадский.— Это переживаем мы и сейчас, за последние 10—20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научную мысль, создаёт в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывалую. Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу — перерабатывается научной мыслью социального человека» («Научная мысль как планетное явление»). Таким образом, понятие «ноосфера» предстаёт в двух аспектах:

1.      ноосфера в стадии становления,  развивающаяся стихийно с момента  появления человека.

2.      ноосфера развитая, сознательно  формируемая совместными усилиями  людей в интересах всестороннего  развития всего человечества  и каждого отдельного человека.

Современное состояние природной  среды.

Глобальные  процессы образования и движения живого вещества в биосфере связаны  и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и количество вовлеченного в оборот вещества.

С появлением и развитием человечества процесс  эволюции заметно видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ, истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации, особенно после промышленной революции конца средних веков, человечество овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы вещества - как органического, живого, так и минерального, косного.

Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в результате очередной  промышленной революции. Бурное развитие энергетики, машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет пропорционально численности населения и даже опережает его прирост. В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства, разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли, изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению практически всех природных биогеохимических циклов[1].