Биосфера туралы ілім және В.И. Вернадскийдің биосфера ноосфералық концепциясы

Биосфера туралы ілім және В.И. Вернадскийдің биосфера ноосфералық концепциясы

 

Биосфера ұғымы —  ғылымға кездейсоқ берілген. 100 жылдан астам уақыт бұрын, 1875 ж Австриялық биолог Эдуард өзінің Альпі тауларының шығу тарихы туралы кітабының ең жалпылама  тарауында жер шарының әр түрлі қабаттарының жолында баяндаған кезде осы терминді алғаш рет қолданды. Бірақ бұл үстіртін айтылған сөз ғылыми ойдың дамуында айтарлықтай роль атқара алған жоқ. 1926 жылы орыс минералогы Вернадскийдің екінші лекциясы жарыққа шықты. Сол лекцияда ол Зюзстың еңбегінен кейін 50 жылдан соң біз осы күнге шейін мойындап жүрген биосфера концепциясын тұжырымдады. Биосфера ретінде Вернадский жер қыртысының бүкіл геологиялық тарихы бойында тірі организмдер әсеріне ұшыраған барлық қабаттарды түсіндірді.

 Соңғы жылдары көптеген  ғалымдардың (Д.Ж. Катин және  т.б.) биосфера жер бетінің қазіргі  кездегі организмдердің тіршілігінің  ықпалындағы бөлігі ретінде қарастырылып, биосфера ұғымын таратып жүр.  Көптеген ғылыми терминдер әртүрлі  жағдайлар бірде кеңірек, бірде тарылу мағынасында қолданып жүр.

 Айнала қоршаған  орта өлі атмосфераның реттелуінсіз  өмір сүре алмайды. Себебі ол  айнала қоршаған ортаға терең  экологиялық және биологиялық  өзгерістер енгізді. Жер бетінде  мекендейтін өмір сүру ортасымен  қоса отырып, өзгеше қабатты биосфера құрайды. Вернадский биосфера тіршілігі үрдісін жан-жақты зерттей келе, биохимиялық элементтердің бір тобын тірі ағзаларға, екіншісін биогенді заттарға, үшіншісін биоталар сирек кездеседі деп бірнеше категорияларға бөлген. Биогенді заттарға күкірт, сутегі, оттегі, азот және фтор жатады. Ол тірі биохимик бір жағынан минеролог болып табылады.

 Биосферадағы барлық  тіршіліктің қозғаушы күші –  күн сәулесі. Вернадский биосфераны  зат немесе энергия айналуының  тұрақты өсіп-дамуының үрдісі адамзат баласының ролін ерекше көңіл аударған. Вернадскийдің дәлелдеуінше, адамзат баласы теңдесі жоқ уақытты биосфера қуатты күш. Академик Вернадскийдің өзінің 1940 жылы жазған еңбегінде: «Болашақта планетаның дамуына тіршілік адамзат баласының ақыл-ойымен парасатына байланысты өсіп-дамуы және тәуелді болуы. Ең бастысы – адамзат баласының саналы ақыл-ойы нәтижесіне байланысты болуының тағдыры шешіледі» — деп айтқан. Шынына келетін болсақ, қазір де биосфераның тағдыр-тұрақтылығы әрбір адамзат баласының қорлында. Ол ешбір дәйектік сөзді қажет етпейтін ұлы қағида.

 Грекше «bios» —  өмір және тіршілік, «сфера» —  шар деген мағынаны білдіреді.  Яғни қоршаған орта деген сөзден  алынған. Өсімдіктердің және басқа  да тіршілік ететін ортасы  деген мағынаны береді. Бұл терминді алған рет австиялық атақты геолог 1875 жылы Э. Зюс ғылымға енгізді.

Сонда биосфера – жер  шарының осы бір айрықша қабығына қарай ерекшеліктерге тән:

1. Биосферада сұйық  күйдегі судың мөлшері айтарлықтай  көп.

2. Оған күн энергиясы  тасқыны ықпал етеді.

3. Биосфера сұйық,  қатты және газ күйіндегі заттардың  бөліну беттерінің болуы тән.

  Жердегі энергия көзі күн болғандықтан күллі тірі организмнің жердің екінші қабығы литосфера мен гидросфераның жоғарғы қабатында таралған. Жер қабатының қай-қайсысы болмасын күн сәулесінің неғұрлым жақсырақ өтіп, соғұрлым тірі организмдердің олардың тереңірек қоныстары деуге болады. Бірақ биосфера жарық беретін жерлермен шектелмейді. Ауырлық күші арқылы энегия ағыны одан да әрі таралады. Жарықтанған қабат теңіз түбіне түйіршікті өлі және тірі организмдердің үздіксіз түсіп жатуы жатады.

 Литосфераға тірі  организмдер болмашы тереңдікте  ғана енеді. Олардың негізгі  бөлігі топырақтың жоғарғы қалыңдығы  ондаған см қабатында шоғырланған.  Тек бінен-сараңдары ғана неше  иетрге немесе ондаған жер қыртысындағы жарықтар құдықтардың, шахталардың бұрғылау скважиналардың бойымен жануарлар мен бактериялар әлдеқайда көбірек 2,5-3 км дейінгі тереңдікте жетуі мүмкін. Көбіне терең жер астында жататын мұнайдың ерекше өзіне тән бактериялар флорасы бар. Жарық болмаған жасыл өсімдіктер литосфераның терең қабаттарына ене алмайды. Тереңде жануарлар азық таба алмайды. Сондай ақ литосфераны құраушы тау жыныстарының механикалық қасиеттеріде олар да тіршіліктің таралуына бөгет болады. Ақыр аяғында жер қойнауына тереңдеген сайын температура жоғарылап 3 км тереңдікте ол 1000С – дейін жетеді. Демек жер бетінен 3 км астам тереңдікте тірі организм күнелте алмайды.

 Тірі организмдер  литосфераның бетінен атмосфера  төменгі бірнеше см-ден бірнеше  метрге дейінгі биіктіктегі қабаттарға таралады. Ал өсімдіктер өзінің жасыл бөлік бастарын кейде ондаған метрге көтереді насекомдар, жарғанаттар құстар атмосфераға 100деген метр тереңдеп енеді. Жоғары өрлеген ауа ағындары жануарлар мен өсімдіктердің дамылдаушы бірнеше шақырым биіктікке көтерілуі мүмкін. Бірақ бүкіл тіршілік ауада өтетін, яғни негізгі тіршілік ету ортасы ретінде пайдалы өзгерістер әзірге белгісіз.

 Атмосфера мен литосферада  емес гидросфераның ең биік  қабаттарына дейін тіршілікке  толы. Ғалымдардың зерттеуінше құралдырға жете алған жерлердің барлығы тірі организмдер болып табылады. Бұдан организмдер таралуы үшін сұйық күйдегі су жарықтан гөрі маңызды шектеуші фактор болып табылады. Айталық әлемнің ең ыстық шөлдері формальды түрлері биосферадан тысқары жатыр. Бірақ іс жүзінде оларды өзара биостарын аймақтар деп санауға болады. Себебі ол жердегі тіршілік ағзаларында бар. Мысалы, олар өсімдіктердің қалдықтарымен қоректенеді. Насекомдар метоболизм нәтижесінде пайда болған судың қанағат етуі.

 Биосфераның әуеге  қарай өрістенуіне негізі сұйық күйдегі судың тапшылығымен көмірқышқыл газдың фрациалық қысымының төмендеуі шектейді. Таулы жерлерде хлорофильді 6200 м жоғарғы биіктікте кейбір жануарлар мысалы, өрмекшілер кездеседі. Өрмекшілер айырқұйрықтылармен қоректенеді. Ал олар өз кезеңінде жел ұшырып әкелген. Өсімдіктер тозаңдануының түйіршіктермен қанағаттанады. Биосфера биік таулы бөлігін шөл аймақ – экологиялық аймақ деп атайды.

 Биосфераның шектеуші  факторлары сұйық күйдегі с  умен күн сәулесі болса, тіршілік  оптимумының орталардың жанасу беттеріне сәйкес келеді. Фотосинтез бойынша жүргізілген зерттеулер көп жағдайда организмдер зат шығымын ең көп беретін 3 ортаны – қатты, сұйық және газды ортаны бірдей пайдаланады. Апатты өсімдіктер екенін көрсетті. Мысал ретінде кәдімгі қамысты алуға болады. Оның суды соруын сұйықтықтың су табылады. Тұрақты қысымды жеңілдетеді. Тіршілік ұшін қажетті СО2 газын қамыс көздері сіңіруші беттер арқылы өту жылдамдығы ең жоғары баратын газ күйіндегі ортадан алады. О2-де судан алғаннан гөрі ауадан алған оңай. Ақырында қалған барлық элементтер шөгінді капилярлық суындағы ерітінділерден сорып алу жеңілдеу болады.

 Биосфераның бастапқы  өнімін анықтағаны үшін көптеген  әрекеттер жасалған. Жердің орасан  зор аймақтағы су және қоректік  заттар сияқты шектеуші факторлар салдарынан өнімдер төмен алқаптар категориясына жатады. Құрлықта ауданы бүкіл планета бетінің 4/1 бөлігінің құрағанымен құрлықтар өнімдері жалаудағы мұхит асты түседі. Себебі мұхит суларының басым бөлігі шөлді әлемдік мұхиттың әртүрлі аудандарының бастапқы өнім мөлшері елеулі айырмашылықтар бар. Солардың ішінде ең өнімдісі тропикалық ормандардан кем түспейтін маржан рельефтері мұхиттың ашық аймақтары өнімдері. Афвери аймақтарымен жағдайы жақын аудандарға ұарағанда, төмен және өнімдері шамалас.

 Тірі аймақтар орташа  өнімдер берілген бағаларды талдау 100 м-ге дейін 200-ден 20 мыңға  дейінгі аралығында өзгермейтін,  ал жердің жылдық жалпы өнімі  10 калонияға жуық екенін көрсетеді.  Биосфераның одан әрі сақтануы  үшін химиялық элементтер айналуы  тоқталмауы тиіс. Бұл процесте жылу әртүрлі болуы тиіс. Бастапқы шығу тегі атмосфераға көміртегі қосып организм, яғни организм өзінің үзілу циклін ондаған жыл ішінде аяқтайды.

  Жердегі экожүйенің жоғары дәрежелісі, тіршілік иелері қоныстанған планетаның қабаты - биосфера болып саналады.

Қазіргі мәніне жақын  «биосфераны» алғаш рет енгізген австрия геологы Э. Зюсс болатын. Ол өзінің «Альпі тегі» (1875) кітабында  жерде ерекше организм құрайтындай  қабықты ажыратады. Бүгінгі таңда  бұл қабатты белгілеу үшін «биота», «биос», «жанды зат» түсінігі қолданылады.

Академик В.И. Вернадский (1863-1945) классикалық «Биосфера» (1926) еңбегінде биосфера туралы ілім  ұсынған. Ол биосфераны өмірмен  қамтыпған  жердің ерекше қабаты – деп анықтады.

 

В.И. Вернадский келесі компоненттерді белгілейді:

 

•  тірі зат - барлық тірі организмдердің жиынтығы;

 

•  сірескен  зат (косное вещество) - жансыз дене немесе құбылыс (атмосфера  газы, магма текті тау жынысы, органикалық емес пайда болуы  т.б.);

 

•  биосіреспе заттар  -  әр текті табиғи денелер (топырақ, судың беткі бөлігі және т.б.);

 

•  биотекті заттар - тіршілік әрекетінің өнімдері (топырақ гумусы, тас көмір, торф, мұнай, тақта тас  т.б.);

 

•  радиоактивті  ыдырау күйіндегі зат;

 

•  шашыранды атомдар заты;

 

•  ғарышта   пайда   болған   заттар   (ғарыштық   тозаң, метеориттер).

 

 В.И. Вернадскийдің  көзқарасына байланысты барлық  жердің болмысы, жер ландшафты,  атмосферасы, судың химиялық құрамы, шөгінділер қалыңдығының пайда  болғаны үшін тірі заттарға қарыздар. Өмір - жер мен ғарышты байланыстыратын желі іспетті, ғарыштан келетін энергияны пайдалана отырып, сірескен заттарды өзінен өткізеді де, материалдық әлемнің жаңа түрін жасайды. Сонымен, тірі организмдер топырақты жасап, атмосфераны оттегімен байытады. Өзінен кейін бірнеше километр болатын шөгінді жыныстарды, жер қойнауының байлығын қалдырып, жер шарындағы мұхит суларын өздері арқылы бірнеше рет өткізіп отырады.

 В.И. Вернадскийдің  ілімі тірі, сіреспе, және биосіреспе  денелерді ажырамас құбылыс зерттеуге бағыттап отырды. Осының арқасында табиғат зерттеушілерін дайындауға айтарлықтай көңіл бөлініп, табиғат жүйесін тұтастай түйсініп қабылдауға ықпал жасады.

Қазіргі биосфераға жердің қабаты кіреді, онда тірі организмдердің тұтастай алғанда ғаламшардағы заттық бөлігі осы организмдермен үзіліссіз алмасуда. Биосфера – бүкіл гидросфераны және литосфераның жоғарғы көкжиегін, атмосфераның төменгі қабатын қамтитын белсенді өмір кеңістігі.

 

 Биосфераның құрылымы - ғаламшардағы газ тәрізді, сұйық  және қатты қабаты, сондай-ақ оны мекендейтін тіршілік иелері бар. Биосфераның массасы шамамен жер массасының 0,05%, ал оның көлемі - ғаламшар көлемінің 0,4% кұрайды. Биосфераның шекарасы ондағы тірі организмдердің таралуымен анықталады. Жер шарының түрлі аудандарында тіршілік иелерінің түрліше шоғырлануына қарамастан, биосфераның келденең шекарасы болмайды - деп есептеледі. Жоғарғы тік шекарасы өмір сүруге жарамсыз, радиация сәулеленуі бар төменгі температурамен ерекшеленеді. Ондағы ультракүлгін радиация мен күннен, галактикадан шығатын сәулеленімдерден ғаламшардағы тіршілікті озон қабаты қорғайды. Озон молекуласының (үш атомды оттегі) барынша көп шоғырлануы 20-25 км биіктікте болады, ондағы озон қабатының қалыңдығы 2,5-3 мм. Күн спекторының аумағындағы радиацияның 0,29 мкм болатын толқынын озон қабаты ұдайы түрде өзіне сіңіріп отырады.

 Сондықтан, көбеюге  мүмкіншілігі бар сүру алаңымен  себепші биосфераның шекарасы  жер экваторының үстінен 18 км-ге  дейін және полюстің үстінен  8 км биіктікте тропосфера шекарасымен  дәл келеді (атмосфераның төменгі қабаты). Бірақ та, тропосферада тірі организмдердің ауысулары ғана болады, көбеюді қосқандағы дамуының барлық кезеңдері (циклі) литосферада, гидросферада және осы атмосфера ортасының шекарасында жүзеге асады.

  Биосфераның құрамына бүкіл гидросфера кіреді  (мұхит, теңіз, көл, өзен, жер асты сулары мен мұздықтар),  олардың қуаты 11 км. Өмірдің көп мөлшердегі шоғырланған жері 200 м тереңдікте, ол - эвфотикалық зона, оған күн сәулесі өтеді және фотосинтездің болуы да мүмкін. Бұл жерде фотосинтезделетін барлық өсімдіктер шоғырланған және алғашқы биологиялық өнімдері тиімді. Одан теренде дисфотикалық зона басталады, ол жерде қараңғылық үстем етеді және фотосинтезделетін өсімдіктер болмайды. Бірақ жәндіктер дүниесі белсенді ауысып отырады да, өлгендері үнемі су түбіне шөгіп жатады.

Биосфераның төменгі  шекарасы литосфераның шегінде орташа алғанда құрлықтан 3 км терендікте және мұхит табанынан 0,5 км төмен жатыр. Литосфера қалындығына дендеп енген  өмір жайлы дерек әзірге жоқ.

Атмо-, гидро- жэне литосфера шекарасында ғаламшардың толып жаткан тіршілік иелері шоғырланған және бұл қабаты биогеосфера немесе тіршілік қабаты деп аталады. Тек соның  шеңберінде ғана тіршілік әрекетімен адамдардың өмір сүруіне болады.

 Биосферадағы тіршілік  иесінің биомассасы 2-3 трлн тоннаны құрайды, соның 98% - жер бетіндегі өсімдіктердің биомассасы. Биосфераны 1,5 млн жануарлар түрі мен 500 мың өсімдік түрлері мекендейді. Бірақ та, осы тіршілік иелерін ойша ғаламшар бетіне бірдей қылып бөлсе, қалындығы небәрі 2 см болатын қабат пайда болады. Сонымен қоса биосфераның өзін-өзі ұйымдастыру процесі тіршілік иелерінде жетекші рөл атқарады.

 Тіршілік иелері  сыртқы әлеммен үнемі энергетикалықалмасу   жағдайында  болады. Ол, сонымен қатар,  экологиялық жүйенің динамикалық  тепе-теңдігін қамтамасыз етіп, заттар айналымының колдаушы және ұйымдастырушы элементтерінің бірі болып саналады.

 Биосферадағы органикалық  зат процесінің құрылуы бір  мезгілде процеске қарсы тулыну  мен оның ыдырауын бастапқы  минерал кұрамдарына (су, көмір  қышқыл газы жэне т.б.) айналуына гетеротрофты организмдер әсер етеді. Сонымен, биосферадағы кіші немесе биологиялық айналымда оны мекендейтін организмдердің қатысуымен органикалық заттардың айналымы жүзеге асады. Жоғарыдағы заттар айналымы күн энергиясының үлкені немесе геологиялық айналымының су мен ауаның оның көрінетін айналасынан өзгешелеу. Үлкен айналым Жер дамуының бүкіл геологиялық өн бойында болып келе жатыр. Атап айтқанда, ол ауа массасының ауысуымен байқалады. Мәселен, радиоактивті ластаушы заттарды, еріген минерал қоспаларын және суды сақтап, одан қалса, буландырып ұшыратын желді айтуға болады.