8.2. Биосфера. Ноосфера. Человек
8.2.1. Биосфера. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Жизнь как особое, очень сложное явление природы оказывает на окружающий мир самое разнообразное воздействие. Существуя в виде различных проявлений, жизнь («живая» природа) не только производит продукты своей жизнедеятельности, но и коренным образом преображает природу. В естествознании изучение жизни как целостного феномена в его тесной связи с окружающей природой получило название учения о биосфере.
Термин «биосфера» был введен австрийским геологом Эдуардом Зюссом (1831–1914) в 1875 г. для обозначения оболочки Земли, образованной совокупностью живых организмов. Это соответствовало исходной, сугубо биологической концепции биосферы.
В современном естествознании под биосферой понимают оболочку Земли, населенную и активно преображаемую живыми организмами. Биосфера включает нижние слои атмосферы, водную среду и верхнюю часть земной коры. Два главных компонента биосферы (живые организмы и среда их обитания) существуют в постоянном взаимодействии, образуя целостную многоуровневую систему (11).
Отдельные живые организмы, как правило, не существуют изолированно. В процессе своей жизнедеятельности они соединяются в различные системы (сообщества), например в популяции — совокупности особей одного вида, длительно занимающих определенное природное пространство. Постепенно в ходе длительной эволюции стали образовываться качественно новые уровни живых систем, так называемые биоценозы — совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания. Тесно взаимодействуя между собой, они обеспечивают свое существование и развитие.
Бесконечная эволюция жизни постепенно приводит к росту и углублению дифференциации внутри биосферы. В совокупности с окружающей средой обитания (с неживой частью природы), обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образуют особые системы — биогеоценозы (или, как их еще называют, экосистемы).
Экосистема (термин английского ботаника А. Тенсли, введен в 1935 г.) — единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии.
Биогеоценоз (термин введен академиком В.Н. Сукачевым в 1940 г.) — однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и косных компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.
Понятие биогеоценоза более географично, чем экосистемы, поэтому биогеоценоз рассматривается как элементарная территориальная единица биосферы.
Э
косистема
— основное понятие и основная структурная
единица в экологии. Оно применяется к
природным объектам различной сложности
и размеров.
Итак, биогеоценозы, или экосистемы, могут быть разного масштаба и сложности: море, озеро, лес, роща и т. д. Биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота: от зеленых растений, создающих органическое вещество до их потребителей (насекомых, животных), в итоге превращающих его вновь в минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз является первичной ячейкой биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы и экосистемы образуют суперсистему — биосферу (6).
Элементы биосферы. Комплексным изучением проблем биосферы всерьез начали заниматься в начале XX века. Одним из первых учение о биосфере стал создавать и разрабатывать выдающийся русский ученый В.И. Вернадский. В отличие от предшествующих исследователей природы В.И. Вернадский не стал ограничивать понятие «биосферы» только «живым веществом», под которым он понимал совокупность всех живых организмов планеты. Биосфера, по В.И. Вернадскому, включает в себя следующие элементы:
живое вещество;
косное вещество (без наличия живых организмов);
биогенное, создаваемое и перерабатываемое организмами (газы, каменный уголь, известь, битум и т. д.);
биокосное, возникающее при совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (вода, почва, кора выветривания, таким образом, почву и осадочные породы можно рассматривать как результат преобразования биокосного вещества);
радиоактивное вещество;
вещество космического происхождения.
Говоря о принципах существования биосферы, В.И. Вернадский, прежде всего, уточняет понятие и способы функционирования «живого вещества». Живой организм является неотъемлемой частью земной коры и изменяющим ее агентом. Живое вещество есть совокупность организмов, участвующих в разнообразных геохимических процессах. Организмы усваивают из окружающей среды химические элементы, строящие их тела, и возвращают их в процессе жизни и после своей смерти в ту же самую среду. Таким образом, и жизнь, и «косное вещество» находятся в непрерывном, тесном взаимодействии, в бесконечном круговороте химических элементов. При этом живое вещество служит основным системообразующим фактором и связывает биосферу в единое целое.
Обладая значительно большей активностью, чем неорганическая природа, живые организмы стремятся к постоянному совершенствованию и размножению соответствующих систем, включая биоценозы. Последние, в свою очередь, неизбежно входят во взаимодействие между собой, что в конечном счете уравновешивает живые системы различного уровня. В результате достигается динамическая гармония всей суперсистемы жизни — биосферы (11).
8
Бифуркация
(лат. – раздвоение) — критическая
пороговая точка, в которой происходит
качественное изменение поведения
объекта
(3).
Появление простейших клеток — прокариотов (без ядра). Это были клетки без ядра, но они имели нити ДНК (напоминают нынешние бактерии и синезеленые водоросли). Возраст самых древних организмов 3 млрд лет. Их свойства: подвижность, питание и способность запасать пищу и энергию, защита от нежелательных воздействий, размножение, раздражимость, приспособление к изменяющимся внешним условиям, способность к росту.
Появление более организованных клеток — эукариотов (с ядром). Появились приблизительно 2 млрд лет тому назад. Примером одноклеточных организмов с ядром являются простейшие. Их приблизительно 25–30 тыс. видов. Самые простые — амебы.
Объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов. Появились приблизительно 1 млрд лет назад. Произошла функциональная дифференциация клеток в организмах.
Появление организмов с твердыми скелетами и формирование высших животных 365 млн лет назад.
Возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга, в котором происходят сбор, переработка и систематизация информации, ее хранение и управление на ее основе поведением и целенаправленной деятельностью живых организмов 185 млн лет назад.
Формирование разума как высшей формы деятельности мозга.
Образование социальной общности людей — носителей разума.
Считается уже общепринятым, что появление человека в биосфере означает высшую ступень ее развития. Само появление человека представляет переход от простого биологического приспособления живых организмов к разумному поведению и целенаправленному изменению окружающей среды разумными существами. Живое вещество при этом активно приспосабливается к новым условиям существования и присутствия в природе.
При этом происходит взаимное совместное влияние природы на человека и человека на природу, и человек теперь несет ответственность за эволюцию жизни. Человек значительно (и не всегда разумно, к сожалению) влияет на биосферу Земли — изменяет структуру ее поверхности, состав биосферы, биоту, меняет энергетический (тепловой) баланс, влияет на пространственно-временные факторы процессов на Земле, в том числе техногенных, и т. д.
Рассматривая эволюцию с общих позиций, мы убедились, что вектор ее развития направлен от чисто геологического к геолого-биологическому и биогеохимическому периодам и далее к новому этапу эволюции — появлению человека и возникновению социальной эволюции (11).
8.2.3. Ноосфера. Понятие ноосферы разными учеными (10). Так же, как жизнь, распространившись по всей земной поверхности, превратилась в планетное явление — биосферу, так и разум, в процессе эволюции и расширения сферы деятельности, охватил всю планету и тоже может считаться планетной системой. Поэтому в естествознании возникло сравнительно новое понятие — ноосфера (от греч. «ноос» — разум), или сфера разума.
Термин «ноосфера» был введен в научный обиход в 1927 г. Эдуардом Леруа (1870–1950) — французским философом и естествоиспытателем (математиком, палеонтологом, антропологом). Затем термин был подхвачен Пьером Тейяром Шарденом (1881–1954) — французским теологом (теоретиком религии) и естествоиспытателем (геологом, палеонтологом, антропологом). Кроме того, этот термин был использован Владимиром Ивановичем Вернадским в его учении о биосфере (см. выше). По возрасту Вернадский был старше двух указанных ученых и хорошо с ними знаком, когда жил в Париже в начале XX века и читал лекции в Парижском университете (Сорбонна), причем П.Т. Шарден был слушателем Вернадского. Таким образом, идея ноосферы возникла, вероятно, не без участия Вернадского. Но после введения этого термина научные концепции Вернадского — материалиста и Леруа с Шарденом — идеалистов — разошлись.
П.Т. Шарден, будучи убежденным эволюционистом, считал, что ноосфера — продукт эволюции. Но, будучи идеалистом, воспринимал ее отдельно от материи. Поэтому его представления о глобальной эволюции вселенской цепи можно представить в виде схемы (см. рис. 20).
Рис. 20. Цепь вселенской эволюции по П.Т. Шардену
Последний этап эволюции Шарден считал завершающим и рассматривал его как охват всей Земли с ее обитателями духом в непосредственном восхождении к Богу, которого он называл Омегой (омега — последняя буква в греческом алфавите). В своем главном научном труде «Феномен человека» Шарден писал: «Ноосфера разворачивается… вне биосферы и над ней… Мысль становится множеством, чтобы завоевать все обитаемое пространство поверх любой другой формы жизни. Дух ткет и развертывает покров ноосферы».
Понятие ноосферы по В.И. Вернадскому. В свою очередь В.И. Вернадский как ученый-материалист не отделял мысль, разум от материального носителя. Поэтому он рассматривал ноосферу как особое состояние материальной биосферы, облагороженной научной мыслью. В своей работе «Научная мысль как планетарное явление» Вернадский писал: «В пределах 6–7 тысяч лет, все увеличиваясь в темпах, идет непрерывное создание ноосферы и прочно, в основном без движения назад, но с остановками, все уменьшающимися в длительности, идет рост культурной биогеохимической энергии человечества…Научная мысль — единая для всех — и та же научная методика, единая для всех, сейчас охватили все человечество, распространились по всей биосфере, превращают ее в ноосферу».
Следует отметить, что Вернадский оптимистически смотрел в будущее, не преувеличивая значения природного и антропогенного воздействия на биосферу. С его точки зрения, эволюционная цепь Вселенной соответствует рис. 21 (10).
….. . .
Используя представление о научной мысли, Вернадский отмечал, что «перестройка научной мыслью (имеется в виду перестройка окружающего мира. — Авт.) через организованный человеческий труд не есть случайное явление, зависящее от воли человека, т. е. стихийный процесс, но есть стихийный природный процесс, корни которого лежат глубоко и подготавливались эволюционным процессом, длительность которого исчисляется сотнями миллионов лет… Создание ноосферы из биосферы есть природное явление, более глубокое и мощное, чем человеческая история. Она требует проявления человечества как единого целого» (2).
8.2.4. Преобразование биосферы в ноосферу. Переход от биосферы к ноосфере в соответствии с идеями В.И. Вернадского определяется следующими положениями:
Этот переход закономерен и неизбежен как естественный ход эволюции независимо от воли человека.
Человек рассматривается как составной элемент биосферы и выполняет ее определенные функции во времени и пространстве. Его появление в биосфере означает начало нового этапа в развитии Земли в целом.
Не только живое вещество, но и сам человек, вооруженный научной мыслью, становится величайшей геологической силой, кардинально изменяющий облик нашей планеты.
Переход от биосферы к ноосфере осуществляется за счет коллективных (когерентных) взаимодействий всех людей и их целостного влияния на природу. В этом смысле человечество действительно стало единым, независимо от расового, географического или имущественного положения. Это взаимодействие с учетом развития техносферы практически мгновенно передается во все уголки земного шара.
Необходимость продуманного использования энергетики в обществе. Развитие энергетики, открытие и применение новых видов энергии, нужных человеку для его существования, не должно входить в противоречие с природой и нарушать ее регенерационные возможности для поддержания жизни.
Возможность разумного влияния на глобальные процессы, происходящие на Земле, как природного, так и социального характера.
Таким образом, стержнем учения Вернадского о биосфере является понимание прямой ответственности человечества за эволюцию планеты (за созданную цивилизацию). Понимание этого необходимо и для собственного выживания. Стихийность же развития сделает биосферу непригодной для обитания людей. В связи с этим человеку следует соизмерять свои потребности с возможностями биосферы. Воздействие на нее должно быть дозировано разумом в ходе эволюции и общества. Постепенно биосфера преобразуется в ноосферу, где ее развитие приобретает направляемый характер.
В этом и заключается непростой характер эволюции природы, биосферы, а также сложности появления ноосферы, определения роли и места в ней человека. В. И. Вернадский неоднократно подчеркивал, что человечество лишь вступает в состояние ноосферы. Сегодня, спустя несколько десятилетий после смерти ученого, говорить об устойчивой разумной деятельности человека (т. е. о том, что мы уже достигли состояния ноосферы) нет пока достаточных оснований. И так будет, по крайней мере, до тех пор, пока человечество не решит глобальные проблемы планеты, в том числе экологическую. О ноосфере правильнее говорить как о некоем идеале, к которому следует стремиться человечеству.
8.2.5. Биосфера и космические циклы. Физические факторы влияния космоса на земные процессы. Солнце является основным источником энергии для жизни на Земле, и огромное количество процессов на нашей планете связано с его излучением. Перерабатывая эту энергию, живое вещество преобразует всю нашу планету. В этом смысле можно считать, что происхождение, образование и функционирование биосферы является результатом действия космических сил.
Космические факторы, влияющие на биогеохимические процессы и на климат Земли, определяются ее пространственным расположением относительно Солнца (см. рис. 22):
наклон земной оси к плоскости орбиты;
расстояние от Земли до Солнца;
условия прохождения солнечных лучей;
п
роцессы,
происходящие на Солнце (солнечная
активность).
Изучение солнечной активности и установление природы солнечно-земных связей имеет огромное значение буквально для всех процессов, протекающих на Земле. Основой солнечно-земных связей является влияние солнечной активности на неустойчивость тех процессов, которые проходят на Земле, в ее атмосфере и околоземном космическом пространстве (3).
Уже достаточно давно, начиная с середины XVIII века, была установлена цикличность появления солнечных пятен с периодом около 11 лет, которые связывают с протуберанцами — плазменными образованиями в солнечной короне. В результате увеличения солнечной активности Солнце извергает огромное количество вещества и энергии, в том числе и в сторону Земли. Причину такой цикличности объясняют в настоящее время так называемой моделью солнечного «динамо». Вещество, перемещаемое внутри Солнца в результате его вращения и конвекции, взаимодействует с его магнитным полем и приводит в действие «динамо» — электрический генератор тока, превращающий механическую энергию в энергию магнитного поля. Когда заряженные частицы движутся вместе с межзвездным веществом, перемещается и связанное с ними магнитное поле.
В 2000 г. наблюдался пик солнечной активности в ее 11-летнем цикле изменения. С этим циклом связан и полный 22-летний магнитный цикл, в результате которого происходит изменение полярности магнитных полюсов Солнца во время наступления максимума солнечной активности. Такой поворот солнечных магнитных полюсов зафиксирован на рубеже третьего тысячелетия. Магнитные полюсы Солнца останутся теперь до следующего перехода, а переходы, как установлено многолетними наблюдениями, происходят с регулярностью часового механизма (4).
Подобное происходит и с изменением магнитного поля Земли: Северный и Южный полюсы меняются местами. Некоторые специалисты связывали такие изменения магнитных полюсов Земли с эволюцией перехода от обезьян к человеку, считая, что инверсии магнитного поля активизировали мутации. За 4 млн лет прошло 4 эпохи различной магнитной полярности:
— австралопитек жил в эпоху, когда ситуация с магнитными полюсами была противоположной нынешней;
— питекантроп (690 тыс. лет назад) появился, когда также произошла переполюсовка;
— неандерталец (119 тыс. лет назад) — при очередной переполюсовке;
— появление человека (30–40 тыс. лет назад) — последняя смена полюсов.
П
А.П.
Чижевский
— ученый-энциклопедист, один из
создателей, наряду с другим нашим
великим соотечественником В.И. Вернадским,
космического естествознания,
основоположник космической биологии,
гелиобиологии, аэробиологии и
электрогемодинамики, историк, поэт и
художник, гуманитарная культура которого
позволяет ясно и образно описывать
исследуемые явления. В специальном
меморандуме, принятом на 1-м Международном
конгрессе по биологической физике и
космической биологии в 1939 г. в Нью-Йорке,
отмечалось: «Гениальные по новизне
идеи, по широте охвата, по смелости
синтеза и глубине анализа труды поставили
профессора А.П. Чижевского во главе
мира и сделали его истинным Гражданином
мира, ибо его труды — достояние
человечества».
Чижевский
был избран почетным (потому что в Америку
его, конечно, не пустили) президентом
конгресса, который выдвинул его на
Нобелевскую премию. На здании университета
Сорбонна среди барельефов великих
ученых мира находится и барельеф А.П.
Чижевского.
Однако
мировое признание не уберегло ученого
от репрессий. С 1942 по 1945 г. он был
репрессирован. И.В. Сталину, предпочитавшему
все катаклизмы в обществе объяснять
одной классовой борьбой, не понравились
его выводы о связи войн, революций и
других массовых потрясений в обществе
с числом солнечных пятен. В заключении
Чижевский организовал небольшую
лабораторию в лагерной больнице и после
формального освобождения продолжал
там работать, чтобы завершить очередной
цикл испытаний своего удивительного
оздоровительного устройства, известного
теперь под названием «люстра Чижевского»
(4).
Имеются также предположения, что положение земной оси по отношению к Солнцу не совсем стабильно. Время от времени, тоже пока по неясным причинам, она довольно резко смещается назад или вперед по отношению к своему обычному положению. При этом на всей нашей планете также резко меняется климат: в тропических лесах выпадает снег, а тундра оказывается под палящим Солнцем. Возможно, что и известные оледенения и дальнейшие отступления ледников также обусловлены сдвигом оси Земли.
8.2.6. Связь космоса с Землей по концепции А.П. Чижевского. Поскольку было установлено, что процессы на Солнце происходят циклически, то естественно было бы ожидать их проявления в цикличности процессов на Земле. Такие связи были отмечены различными учеными, и проявились они в изменении климата, оледенениях, сезонных изменениях растительности, вспышках болезней и т. д. Однако, только начиная с работ известного русского естествоиспытателя Александра Леонидовича Чижевского (1897–1964), впервые систематически изучавшего влияние космических факторов на земные процессы в широком диапазоне явлений, можно говорить о новом глобальном подходе к изучению эволюции Земли как в естественно-природном, так в социально-культурном развитии. В частности, он установил зависимость между солнечной активностью и частотой различных эпидемий на Земле. Вспышки различных болезней очень точно соответствуют изменениям в активности Солнца. Чижевскому удалось установить, что от активности Солнца зависит частота несчастных случаев, преступлений, внезапных смертей и падежа скота, а также целый ряд других явлений: уровень озер, грунтовых вод, сток рек, толщина донных отложений ила, количество льда в полярных морях, повторяемость засух, ураганов, ливней, годовые температуры.
Особое место занимает утверждение Чижевского о том, что Солнце существенно влияет не только на биологические, но и на социальные процессы на Земле. Социальные конфликты, постоянно происходящие на Земле (войны, бунты, революции), по убеждению Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью нашего светила. По его подсчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе (примерно 5%). Во время же пика активности Солнца их число достигает 60%. Например:
1905–1907,1917 гг. — революции в России,
1914–1918 гг. — Первая мировая война,
1925–1927 гг. — революция в Китае,
1938–1945 гг. — Вторая мировая война,
1956–1959 гг — революция на Кубе,
1956 г. — общественные потрясения в Венгрии,
1968 г. — общественные потрясения в Чехословакии,
1980 г. — общественные потрясения в Польше,
1991 г. — общественные потрясения в СССР.
Интересна мысль Чижевского о том, что магнитные возмущения на Солнце в силу единства космоса могут серьезно сказываться на проблеме здоровья руководителей государств, ведь во главе большинства правительств многих стран стоят немолодые люди. Особенно это опасно в условиях тоталитарных, диктаторских режимов. А если во главе государства стоят аморальные или психически ущербные личности, то их патологические реакции на космические возмущения могут привести к непредсказуемым и трагическим последствиям как для народов их стран, так и всего человечества, тем более в условиях, когда многие страны обладают мощным оружием массового уничтожения.
Через много лет высказанные А.Л. Чижевским мысли и выводы о влиянии Солнца на земные процессы были подтверждены на практике.
Многочисленные наблюдения показали неоспоримую зависимость массовых всплесков нервно-психических и сердечно-сосудистых заболеваний у людей при периодических циклах активности Солнца. Прогнозы так называемых «неблагоприятных дней» для здоровья — обычное дело в наши дни. Однако мало кто знает, что впервые открыл существование этих циклов, отметил их влияние на людей наш соотечественник А.Л. Чижевский.
В последние годы идеи Чижевского о наличии многосторонних космо-земных связей подтверждены в работах по влиянию геомагнитного поля и солнечной активности на биоритмы артериального давления, частоту сердечно-сосудистых заболеваний, поведение эритроцитов, свертывание крови, содержание гемоглобина, гомеостаз живых организмов, почвообразование, барическое давление и циркуляцию атмосферы, осадки, генезис рельефа Земли и т.д. Таким образом, периодичность солнечной активности является одним из важнейших факторов, влияющих на жизнь на земле.
Установление А.П. Чижевским влияния космических факторов на земные процессы поставило его в один ряд с пионерами космического естествознания К.Э. Циолковским, В.И. Вернадским и другими выдающимися русскими космистами, в работах которых отражены взаимосвязи космоса, биосферы и человека. Следует отметить и непосредственный интерес А.П. Чижевского к освоению космического пространства, многолетнюю его дружбу с К.Э. Циолковским и посильную поддержку, которую А.П. Чижевский ему оказывал (4), (3).