Тема 1. Экосфера и биосфера Земли

1.1. Учение в.И. Вернадского о биосфере

Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945) – основоположник современного учения о биосфере и биогеохимии, один из основоположников геохимии и радиогеологии, выдающийся мыслитель, естествоиспытатель и историк естествознания, минералог, кристаллограф и организатор науки. Современное учение о биосфере неразрывно связано с именем В.И. Вернадского, поэтому начнем с цитирования небольшого фрагмента из его лекций о биосфере (1921 г.):

«В природных условиях живое вещество занимает вполне определенную область земной коры, ту область, которая была названа в 1875 году... (профессором Венского университета) Эдуардом Зюссом биосферой. Это название вошло в жизнь и, действительно, определяет одну из характернейших черт в структуре нашей планеты. Мы будем называть биосферой земную оболочку, в которой наблюдаются живые организмы. ...

На первый взгляд кажется, будто биосфера представляет ничтожную часть земного сфероида. Но если мы всмотримся в это явление, то мы можем увидеть, что это первое представление далеко не отвечает действительности. Для правильной её оценки приходится считаться с явлением, с которым геохимии приходится встречаться на каждом шагу. А именно, оказывается, что мы нигде не встречаем областей твердой земной коры, в которых так или иначе мы не видели бы проявлений жизни и деятельности организмов, и мы не достигаем сейчас таких слоев атмосферы, в которых жизнь и деятельность организмов не сказывалась бы. История химических элементов, всех без исключения, ясно нам это указывает». …

Закон биогенной миграции атомов В.И. Вернадского (по А.И. Перельману): миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, Н₂S и другие) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет данную систему, так и тем, которое действовало в биосфере в течение геологической истории.

«В биосфере мы имеем оригинальную структуру земной коры, в ней помещены две формы вещества, которые с геохимической точки зрения различаются крайне резко. С одной стороны, обычные минералы и горные породы, которые её составляют ... В минералах и горных породах действительно видим форму «мертвой» – косной – материи, как её называли старинные натуралисты 17 и 18-го веков.

И вот с этой косной материей в биосфере смешано другого рода вещество, которое связано с организмами. ... основное его свойство ... очень точно определено и выражено в знаменитом определении жизни Кювье (1807 г.): «жизнь есть вихрь ...., который постоянно захватывает (атомы)». Этот жизненный вихрь Кювье будет заключаться в том, что через всякий живой организм во время жизни, пока данный организм жив, идет непрерывный ток химических элементов, которые постоянно входят в состав организма и из него выходят, причем сохраняется внешняя морфологическая форма организма неизменно.

Внимание биологов и обратилось на эту форму, которая представляла для них самое главное, но с геохимической точки зрения, несомненно, выступает на первое место вторая сторона живого организма, которая сказывается в том, что каждый живой организм представляет из себя машину, непрерывно пропускающую закономерный вихрь атомов. Когда мы встречаемся с такого рода разнородной средой, которую представляет из себя смесь косного, мертвого вещества и вещества, охваченного жизнью, то, чтобы судить о происходящих в ней явлениях, необходимо найти общие элементы для живой и косной материи, которые позволили бы одинаковым образом вести в них обеих геохимическую научную работу; другими словами, необходимо привести организмы в форму, удобную для работы в области геохимии.

Для плодотворной научной работы необходимо ввести новые понятия. Первое из них заключается в том, что в геохимических явлениях, наблюдаемых в биосфере, совершенно исчезает отдельный организм, а вместо него становится их совокупность. Процессы природы слишком грандиозны, чтобы можно было сравнивать с ними проявления деятельности отдельного организма.

Второго рода положение заключается в том, что в геохимии должна изучаться не форма, являющаяся той основой, которая кладется в биологии в изучение органической жизни, а движения атомов, поддерживающие эту форму неизменной. ... При этом надо свести организмы на те же самые явления, которые мы изучаем с геохимической точки зрения в минералах и горных породах. Такого рода явлениями будут явления веса или массы, явления химически элементарного состава и явления энергии. Итак, живое вещество есть совокупность организмов, сведённая к весу, к элементарному химическому составу и к энергии» [2].

Разработка новых научных направлений – геохимии и биогеохимии – позволила В.И. Вернадскому уже в начале ХХ века заложить основы современного учения о биосфере, многие положения которого не только не потеряли своей актуальности, но и становятся понятными сегодня в начале XXI века.

О геохимическом подходе к изучению природы Земли он писал: «Как бы эти химические, физико-химические и биохимические (в общем геохимические) процессы не были запутаны, бесконечно разнообразны и сложны, их можно все без исключения свести к движению атомов».

При геохимическом (атомарном) уровне исследования все разнокачественные компоненты биосферы (горные породы, воды, газы, живые организмы, продукты хозяйственной деятельности человека и т. д.) рассматриваются как отдельные этапы истории атомов, поэтому В.И. Вернадский определял геохимию как науку, изучающую историю атомов Земли.

В заключении этого небольшого раздела приведем еще один пример эмпирических обобщений В.И. Вернадского:

«Захватывая энергию Солнца, живое вещество создает химические соединения, при распадении которых эта энергия освобождается в форме, могущей производить химическую работу. <…>

На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».