Загальна характеристика біосфери. Вчення в.І.Вернадського про Біосферу

Поняття «біосфера» (від грецьк. біос — життя) запропонував 1875 р. австрійський геолог Е. Зюсс. Учення про біосферу як особливу частину Землі, населену живими організмами, створив український учений В. І. Вернадський, хоча, на його думку, вперше до цієї ідеї наблизився французький біолог Ж. Б. Ламарк.

Біосфера не утворює окремої оболонки Землі, а є частиною геологічних оболонок земної кулі, заселених живими організмами. Вона займає верхню частину літосфери, всю гідросферу та нижній шар атмосфери. Це сукупність усіх біогеоценозів землі, єдина глобальна екосистема вищого порядку.

В. І. Вернадський ще в першій половині XX століття передбачав, що біосфера розвинеться в ноосферу (термін запропонував 1927 р. французький учений Е. Леруа та П. Тейяр де Шарден). Спочатку В. І. Вернадський розглядав ноосферу (від грецьк. ноос — розум) як особливу «розумову» оболонку Землі, яка розвивається поза біосферою. Але згодом він дійшов висновку, що ноосфера — це певний стан біосфери, за якого розумова діяльність людини стає визначальним фактором її розвитку. Зокрема, він зазначав, що біосфера переходить у новий етап — ноосферу — під впливом наукової думки й людської праці. Людство все більпіе відрізняється від інших компонентів біосфери як нова біогенна геологічна сила. Завдяки своїй науковій думці, втіленій у технічних досягненнях, людина освоює ті частини біосфери, куди вона раніше не проникала.

Для ноосфери, як нового якісного етапу розвитку біосфери, характерний тісний зв'язок законів природи й соціально-економічних чинників суспільства, заснований на науково обґрунтованому раціональному використанні природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність кругообігу речовин і потоку енергії. Характерною рисою ноосфери є екологізація всіх сфер людського життя. До розв'язання будь-яких проблем людина має підходити з позиції екологічного мислення, тобто збереження і поліпшення стану природного середовища.

Отже, ноосфера — це якісно нова форма організації біосфери, яка формується внаслідок її взаємодії з людським суспільством і передбачає гармонійне співіснування природи й людини.

В. І. Вернадський докладно аналізував роль живих організмів у перетворенні земної кори: руйнуванні гірських порід, ґрунтоутворенні, формуванні осадових порід, кругообігу, перерозподілі та концентрації хімічних елементів у біосфері.

Роль живих організмів у біосфері. Біомаса

Усю сукупність організмів на планеті Земля В. І. Вернадський називав живою речовиною. Основними її характеристиками є сумарна більшість, хімічний склад та енергія.

Енергія живої речовини біосфери насамперед проявляється у здатності організмів до розмноження і поширення. Життя на планеті має значну стійкість до змін інтенсивності різних екологічних факторів, що визначає межі біосфери. У стані анабіозу організми можуть витримувати значні коливання температури й тиску. Тож організмів немає лише в товщі льодовиків та у кратерах діючих вулканів.

Однією з властивостей живої речовини є її постійний обмін з довкіллям. Унаслідок цього через організми проходить значна кількість хімічних елементів. Хоча до складу живих істот входять ті самі хімічні елементи , що й до неживих об'єктів, однак, як відомо, у живих істотах і неживій природі вони знаходяться в різних співвідношеннях. Якщо в неживих об'єктах на нашій планеті за кількістю атомів найбільш поширеними є О (63 %), Si (21,2 %), А1 (6,5 %), Na (2,4 %), Fe (1,9 %) і Са (1,9 %), то в живих перші місця за вмістом посідають Н (64 %), О (25,6 %), С (7,5 %), N (1,25 %), Р (0,24 %),S (0,06%).

Це прямо пов'язано з їхніми хімічними й фізичними властивостями. Так, Оксиген і Гідроген утворюють воду, яка є і універсальним розчинником, і середовищем, у якому відбуваються біохімічні реакції. Наявність Нітрогену вкрай важлива для утворення найважливіших інформаційних молекул — ДНК і РНК. Фосфор бере участь в утворенні макроергічних зв'язків, тобто є найважливішим компонентом систем забезпечення клітин енергією. А Сульфур відіграє важливу роль у формуванні просторової будови біологічних молекул.

Якщо ж узяти, наприклад, Силіцій, якого надзвичайно багато на нашій планеті, то він, як і Карбон, здатен зв'язуватись із чотирма іншими атомами, але, через більший діаметр свого атома, він гірше утворює макромолекулярні ланцюжки.

Живим організмам для здійснення біохімічних процесів необхідні речовина та енергія, які вони дістають з навколишнього середовища, при цьому значно перетворюючи останнє. У результаті постійного й безперервного обміну з довкіллям різні хімічні елементи надходять у живі істоти, можуть у них накопичуватись, виходячи з організму лише через певний час, або зберігаються в ньому протягом усього життя. Постійний кругообіг речовин і потік енергії забезпечує функціонування біосфери як цілісної системи.

У процесі діяльності біосфери жива речовина (продуценти) здатна накопичувати сонячну світлову енергію, перетворюючи її на енергію хімічних зв'язків. Сумарна первинна продукція автотрофних організмів визначає біомасу біосфери в цілому. Учені підрахували, що завдяки фотосинтезу щорічно жива речовина Землі продукує близько 160 млрд т сухої органічної речовини, з якої приблизно 1/3 синтезується біогеоценозами Світового океану, а 2/3 — біогеоценозами суходолу.

Жива речовина (продуценти) біосфери виконує різноманітні функції: газову, окисно-відновну, концентраційну, які пов'язані з процесами обміну речовин живих істот. Газова функція живої речовини полягає у впливові живих організмів у процесі своєї життєдіяльності на газовий склад атмосфери, Світового океану та ґрунту. Всі аеробні істоти під час дихання поглинають кисень і виділяють вуглекислий газ, тоді як зелені рослини й ціанобактерії в процесі фотосинтезу, навпаки, поглинають вуглекислий газ і виділяють кисень. Життєдіяльність організмів, наприклад бактерій, може впливати на концентрацію інших газів (сірководню, метану, азоту тощо).

Окисно-відновна функція полягає в тому, що з допомогою живих організмів у ґрунті, воді й атмосферному повітрі окислюється ряд речовин. Наприклад, залізобактерії здатні окиснювати сполуки Феруму, сіркобактерії — сполуки Сульфуру тощо. Живі організми здатні також і відновлювати певні сполуки (наприклад, денітрифікуючі бактерії здатні відновлювати нітрати й нітрити до молекулярного азоту або його оксидів).

Концентраційна функція полягає в поглинанні живими істотами певних хімічних елементів з навколишнього середовища й накопичення їх у своїх організмах. Так, молюски, форамініфери, ракоподібні, хребетні тварини можуть накопичувати у своїх організмах неорганічні сполуки Кальцію та Фосфору, радіолярії — Стронцію та Силіцію, бурі водорості — Іоду тощо.

За період історичного розвитку Землі сформувалися такі оболонки, як літосфера, гідросфера й атмосфера. Частина цих оболонок, населена живими організмами, називається біосферою, що являє собою сукупність усіх біогеоценозів Землі, єдину екосистему вищого порядку. Біосфера займає всю товщу гідросфери, верхні шари літосфери та нижні — атмосфери. В. І. Вернадський створив учення про ноосферу — якісно новий стан біосфери, за якого розумова діяльність людини значною мірою обумовлює її розвиток. Жива речовина біосфери (вся сукупність організмів нашої планети) забезпечує постійний кругообіг речовин і потік енергії на планеті, здійснює значну біогенну роботу з перетворення оболонок Землі.