5.12. Ноосфера как ступень развития биосферы

Рост антропогенной деятельности привел к изменению процессов на разных уровнях земной системы. На планетарном уровне — это загрязнение атмосферы и гидросферы, изменения в генофонде человечества, глобализация экономики. На локальных уровнях последние столетия привели к нарушению водного баланса, загрязнению воздуха и вод, потере биоразнообразия, эрозии почв и т.д. Накопление изменений на локальном уровне с течением времени может иметь и глобальные черты.

Процесс преобразования биосферы антропогенной деятельностью получил название техногенеза. А часть биосферы, преобразованная хозяйственной деятельностью человека, получила название техносферы. Близкими по смыслу понятиями являются термины «антропосфера» (Родоман, 1979), «социосфера» (Ефремов, 1961). Основным отличием эпохи техносферы от эпохи биосферы является изменение биогеохимических потоков вещества. Техногенные потоки элементов привели к нарушению естественного равновесия в экосистемах, появлению новых типов круговоротов веществ. Кроме этого, вторжение в глубинные слои литосферы и развитие космической техники изменили привычные границы биосферы. Очевидно, что техносфера в последние десятилетия «поглотила» биосферу, распространившись через ее границы: реактивные самолеты и сверхглубокие скважины увеличили горизонтальные границы, в глобальный круговорот вовлечены новые элементы. Так, XX в. вовлек в процесс рассеивания и дальнейшей концентрации практически все эле­менты таблицы Менделеева, многие из которых являются токсичными, т.е. негативно воздействующими на живые организмы.

В 1927 г. французский математик и философ Эдуард Леруа впервые ввел понятие «ноосфера». Ноосферой Э. Леруа назвал оболочку Земли, включающую человеческое общество с его языком, индустрией, культурой и прочими видами разумной деятельности.

Ноосфера, по мнению Э. Леруа, представляет собой «мыслящий пласт», идущий на смену стихийно функционирующей биосфере. Идеи Э. Леруа были развиты палеонтологом и теологом П. Шарденом. Согласно их представлениями, «мыслящая оболочка», зародившись в конце третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных вне биосферы и над ней.

В противоположность приведенной трактовке, В. И. Вернадский представляет ноосферу не как нечто внешнее по отношению к биосфере, а как новый этап в развитии биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы.

Поскольку человечество неотделимо от биосферы, то главной его целью должно быть сохранение того типа биосферы, в котором возник и существует человек как вид, живой организм.

5.13. Эксперимент «Биосфера-2»

Проблемы глобального загрязнения биосферы приводят к возникновению идей конструирования искусственных систем, частично заменяющих реальную глобальную экосистему. Так, в июле 2007 г. было объявлено о начале нового масштабного экологического проекта «Биосфера-2», разработанного Аризонским университетом в целях изучения климатических изменений и судьбы экосистем Земли, ее водных и энергетических ресурсов. Данный проект воссоздания биосферы в искусственных условиях уже был: в начале 90-х годов прошлого века в штате Аризона (США) было построено сложнейшее инженерно-техническое сооружение «Биосфера-2» для проведения уникального эксперимента - моделирования замкнутой экологической системы. Конструкция из стекла и стали, занимающая площадь 1,27 га с объемом воздуха в ней 203 760 куб. м, была построена в течение 10 лет компанией Space Biosphere Ventures и миллиардером Эдвардом Басом. Цифра «2» в названии проекта подчеркивала, что «Биосферой-1» является Земля.

Главной задачей эксперимента было выяснение, в случае резкого ухудшения условий жизни на Земле, возможностей человека жить и работать в замкнутой экосистеме или в космических поселениях. С этой целью была создана сеть герметичных независимых секций, покрытых стеклянным колпаком, пропускающим около 50% солнечного света. В каждом отсеке создана конкретная экосистема с характерными подобранными почвами и видами растений, мелкими млекопитающими, птицами, рептилиями, насекомыми и почвенными микроорганизмами: тропический лес, саванна, жестколистный средиземноморский ландшафт, пустыня, пресноводное и минерализованное болото, мини–океан с живым коралловым рифом. Таким образом, была создана своеобразная биологически–сбалансированная мини–модель Земли, в которой изолированно от мира могли жить люди.

Предполагалось, что комплекс будет функционировать автономно, поскольку, по мнению конструкторов, были учтены все условия для нормального круговорота веществ. Солнечного света, согласно расчетам, должно было хватить для достаточного воспроизводства кислорода растениями в результате фотосинтеза, черви и микроорганизмы должны были обеспечить переработку отходов жизнедеятельности и обеспечить развитие растений, которые в свою очередь шли в пищу людям и животным и т.д. Энергию для приготовления пищи, освещения и работы оборудования давали солнечные батареи. В комплексе были созданы океанические течения, морской прибой, тропические дожди, для очистки поды выращивали водные гиацинты, а множество специальных датчиков постоянно фиксировало изменение пара­метром.

И 26 сентября 1991 г. восемь добровольцев (четыре женщины и четверо мужчин) вошли в «Биосферу–2», чтобы провести в изоляции два года, поддерживая связь с внешним миром исключительно через компьютер. «Поселенцы» должны были контролировать работу сложной системы и самостоятельно обеспечивать себя продуктами питания. Сначала эксперимент шел по плану: экосистемы давали 46 видов растительной пищи, были выделены пастбища для скота и небольшие площади для посевов, в искусственных водоемах плавала рыба и креветки.

Однако через нескольких недель появились первые негативные признаки: микроорганизмы и насекомые стали размножаться в неожиданно больших количествах, что вызвало уменьшение всходов сельскохозяйственных культур и непредвиденное падение кислорода (на 0,5% в месяц). У обитателей проекта появились признаки кислородного голодания. Когда кислород упал до критических значений, было принято решение искусственно закачивать его извне.

Другой проблемой оказалась перенаселенность «Биосферы–2»: участникам проекта не хватало пищи и пришлось уплотнить площади зерновых, высадить бананы и папайю, ввести распределение еды. Кроме этого, под стеклянной крышей по утрам конденсировалась влага и лился искусственный дождь, отсутствие в модели ветра привело к обламыванию крон многих деревьев под собственной тяжестью, в комплексе расплодилось огромное количество микробов и насекомых, особенно тараканов и муравьев.

Несмотря на все трудности, эксперимент на «Биосфере–2» можно назвать достаточно удачным, поскольку не был «сорван». Однако так и не было найдено решения проблемы питания и сохранения неизменного состава воздуха: количество кислорода в комплексе за два года снизилось до 14%, а участники эксперимента сильно потеряли в весе. На одной из внутренних стен «планеты» до сих пор сохранились строки одной из участниц проекта: «Только здесь мы почувствовали, насколько зависим от окружающей природы. Если не будет деревьев – нам нечем будет дышать, если вода загрязнится – нам нечего будет пить».

Таким образом, выводы очевидны: на данный момент мы достаточно мало знаем о биосфере Земли и не можем создать ее полную модель для прогнозирования изменений. Из-за большого количества факторов природной среды и недостаточных технических возможностей – построение точных математических моделей и прогнозирование конкретных трендов поведения биосферы невозможно. Вопросы перенаселенности, нехватки пищи, сохранения биоразнообразия, загрязнения воздуха должны быть основными темами для современных научных исследований.