Биосфера - глобальная экосистема планеты

1. 1. Предмет, задачи и методы глобальной экологии.

Известный американский эколог Ю.Одум еще в 1963 г. назвал экологию наукой о строении и функциях природы в целом, а в фундаментальной сводке «Основы экологии» (1986) она трактуется уже как – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи. Это широкое определение экологии как нельзя лучше подходит к разделу современной экологии – глобальной экологии, объектом которой является самый высокий уровень организации живой материи – биосфера, т.е. экологическая система, охватывающая весь Земной шар. В этом разделе экология приобретает черты всеобъемлющего и очень актуального мировоззрения о всеобщей взаимосвязи явлений живой и неживой природы планеты и превращается в учение о выборе путей выживания человечества в совре менном мире.

К числу главных задач современной глобальной экологии М.И.Будыко (1977) относит изучение антропогенных изменений окружающей природной среды и обоснование методов сохранения и улучшения этой среды в интересах человечества. Глобальная экология должна также заниматься выяснением закономерностей эволюции биосферы. Ее первоочередной задачей является и осуществление прогнозирования изменений биосферы в будущем, что должно служить основой для разработки мероприятий на ближайшие годы и перспективу по сохранению и улучшению среды обитания людей, а также предотвращению нежелательных изменений биосферы.

Приведенный перечень задач глобальной экологии был бы неполным без упоминания необходимости изучения продуктивности основных структурных блоков биосферы – биогеоценозов и биомов, функционирование которых обеспечивает устойчивость и бесконечность жизни на планете Земля, а также дает человеку возможность рассчитать допустимую меру изъятия природных ресурсов без подрыва способности их к самовозобновлению.

Исходя из необходимости решения тех либо других задач глобальной экологии, применяются соответствующие методы. Прежде всего - это разнообразные методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных, которые лежат в основе изучения природных сообществ. Применяются методы регистрации и оценки состояния среды, в том числе периодическое или длительное слежение – мониторинг. В настоящее время техника экологического мониторинга быстро развивается, используя новейшие методы физико-химического и химического экспресс-анализа, дистанционного зондирования, телеметрии и компьютерной обработки данных. Методы математического моделирования приобретают все большее значение в экологии, а в решении задач глобальной экологии они играют особую роль, так как позволяют осуществлять глобальное моделирование и на его основе рассматривать варианты сценариев и строить обоснованные прогнозы глобального развития.

1. 2. История возникновения учения о биосфере

На всем протяжении науки время от времени у отдельных ученых возникала потребность охватить взором всю картину мира, всю природу в целом. Широкий взгляд, обобщающий все науки о природе, был под силу только гениальным ученым. В истории человечества они известны как маяки, освещающие путь дальнейшего познания природы на десятки и сотни лет. Это - Аристотель, Леонардо да Винчи, Галилей, Ньютон, Ломоносов, Бюффон, Ламарк, Гумбольдт, Дарвин и др. С развитием отдельных наук о природе все настоятельнее проявляется потребность в выявлении всеобъемлющей картины жизни на нашей планете и общих процессов, происходящих в ней.

Известный натуралист Жорж Луи Бюффон рассматривал вселенную как единое целое. Он писал: «Природа, развернутая во всю свою ширь, являет нам необъятную картину, в которой все отряды существ представлены каждый в виде цепи, содержащей непрерывную сюиту предметов». В своей «Естественной истории», составившей 36 томов, Бюффон описал историю и теорию Земли, естественную историю человека, животных, минералы. В трактате «Об эпохах природы» он впервые выделил геологическое время по сравнению с историческим, ставил геохимические проблемы.

Величайший натуралист и мыслитель Жан Батист Ламарк (1744-1829), изучавший мир растений, животных, минералов, воспринимал явления природы во всей их совокупности. Он писал: « В природе существует особая сила, могущественная и непрерывно действующая, которая обладает способностью образовывать сочетания, умножать их, разнообразить их… Влияние живых организмов, находящихся на поверхности Земного шара и образующих его внешнюю кору, весьма значительно, потому что эти существа, бесконечно разнообразные и многочисленные, с непрерывно сменяющимися поколениями, покрывают своими постепенно накапливающимися и все время отлагающимися остатками все участки поверхности земли». Эти изложенные мысли показывают, что Ж. Б. Ламарк намного опередил свое время, оценив огромную геологическую роль живых организмов и продуктов их распада.

Важным вкладом в разработку концепции биосферы явились труды немецкого ученого-энциклопедиста А. Гумбольдта (1769-1859). Он впервые сумел взглянуть на планету Земля как на единое целое. В своем фундаментальном труде « Космос» он развивал идеи о повсеместном распространении жизни и ее неразрывной связи с неорганическим миром, что было новым для естествознания начала Х1Х в. Он даже употребил термин «жизнесфера», однако без его обсуждения.

Термин биосфера вошел в науку до некоторой степени случайно. Более 125 лет назад, в 1875 г., австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831-1914), говоря о различных оболочках Земного шара, впервые употребил его в своей книге о происхождении Альп. Под биосферой Зюсс понимал особую оболочку земной коры, охваченную жизнью. По этому поводу В.И.Вернадский позже писал, что Э. Зюсс высказал «новое, очень большое эмпирическое обобщение, всех последствий которого он не предвидел». Однако в период жизни автора термина развитие концепции о биосфере не происходило. Термин биосфера стали лишь изредка упоминать в геологической и географической литературе, однако каждый понимал его по-своему.

Известный ученый-почвовед В. В. Докучаев (1846-1903) в своих трудах указывал на важность изучения взаимодействий между живой и неживой природой. Свои исследования он посвятил изучению почвы – естественного тела, в котором происходит взаимодействие представителей всех трех выделившихся тогда «царств природы»: минералов, растений и животных.

Творчески развив идеи своих предшественников – Ламарка, Гумбольдта, Докучаева – и использовав термин, предложенный Э. Зюссом, русский геохимик В. И. Вернадский (1863-1945), впоследствие основоположник науки биогеохимии, создал учение о биосфере. Первая его книга «Биосфера», в которой ученый изложил основные его положения, была опубликована в 1926 году на русском, а позднее в 1929 г. на французском языке. Концепция биосферы, которую мы принимаем сейчас, в основном опирается на идеи Вернадского, развитые им спустя 50 лет после работ Э. Зюсса. Сам В.И.Вернадский считал, что впервые к понятию биосферы подошел Ламарк, в работах которого изложено немало глубоких геохимических идей.

Владимир Иванович Вернадский - это целая эпоха в развитии науки: блестящий минералог, кристаллограф, геолог, геохимик, биогеохимик, радиогеолог, ученый-энциклопедист, глубоко интересовавшийся философией, историей науки и общественной жизнью. Он видел в науке на много лет вперед. Создавая новые отрасли науки о Земле, он предвидел их огромное значение и важность для практической деятельности человека.

Изучая историю минералов, миграцию химических элементов в земной коре, Вернадский выявляет грандиозную роль живых организмов в геохимических процессах нашей планеты. Для изучения их роли в биосфере потребовались знания в областях биологии, геологии, химии и на их основе им создана новая наука - биогеохимия. Вернадский показал, что за все геологически обозримое время жизнь на Земле развивалась как взаимосвязанная совокупность организмов («живого вещества», по терминологии Вернадского), обеспечивавшая и обеспечивающая непрерывный поток элементов в биогенном обмене веществ на поверхности нашей планеты. Приземной слой атмосферы, вся гидросфера и многокилометровый слой литосферы обязаны своими свойствами тому влиянию, которое оказали организмы за миллиарды лет своего существования и эволюции. Этот поверхностный слой Земли, заселенный живыми организмами и изменяемый их деятельностью, Вернадский и назвал биосферой. Именно жизнь, совокупную деятельность всех организмов на Земле Вернадский считал наиболее мощным геохимическим агентом, преобразующим поверхность Земли, энергетическим фактором планетарного масштаба и значения. Весь лик Земли, структура ее атмосферы и гидросферы, толщи осадочных пород, залежей полезных ископаемых – все это возникло благодаря жизни. И именно жизнь была связующим звеном между космосом и планетой, что позволило энергии Солнца оказать решающее влияние на ее развитие.

Развитие жизни на Земле - это в сущности развитие сложных комплексов организмов, обеспечивающих постоянный круговорот различных элементов, в первую очередь тех, которые принято называть биогенными. Менялись виды и более крупные таксоны животных, растений и микроорганизмов, обеспечивавших этот постоянный круговорот и вовлекавших в него все новые и новые соединения, но при этом всегда поддерживалось более или менее определенное соотношение разных биогеохимически активных групп организмов, совокупная деятельность которых создает на Земле режим неорганической среды, необходимый для существования жизни. Кислород, которым мы дышим, озоновый экран, защищающий нас от губительного действия жесткого космического излучения, поддерживается организмами. Организмами создаются и отложения известняка, запасы необходимой зеленым растениям углекислоты в атмосфере и т. д.

Оценивая воздействие разных групп организмов на всю земную кору и их биогеохимическое значение, В. И. Вернадский заключил в конце своего жизненного пути, что биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, даже наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов. Воздействие человека на поверхность Земли принципиально отличается от воздействия остальных организмов, так как оно связано не с биологической, а с производственной деятельностью человека, направляемой его разумом. Глубокий оптимист, всегда веривший в победу разума, Вернадский писал, что биосфера - сфера влияния жизни на Земле - в наши дни уступает место ноосфере - сфере влияния человеческого разума: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом, становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера». Под ноосферой Вернадский понимал сферу разума, которая должна прийти на смену биосфере. И самое главное в этом учении – утверждение о том, что на определенной ступени человечество должно принять на себя ответственность за дальнейшую судьбу нашей планеты. В противном случае у человечества просто не будет будущего.