3. 5. Биосфера Земли

Под биосферой Земли понимается область активной жизни, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Живые су­щества и среда их обитания органически связаны и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. По В.И. Вер­надскому: «Биосфера – единственная область земной коры, занятая жиз­нью, только в этом тонком наружном слое нашей планеты сосредоточе­на жизнь».

Владимир Иванович Вернадский (1863–1945 гг.) – признанный клас­сик естествознания. Венцом его научного творчества стало учение о био­сфере – области жизни на планете. Оно явилось синтезом идей и фак­тов, относящихся к десяткам наук. Один из главных его выводов: жи­вые организмы (глобальная их совокупность – живое вещество) актив­но преображают окружающую природу. Поэтому вся область жизни – биосфера – является не механической системой, а своеобразным кос­мическим организмом.

В.И. Вернадский подхватил и развил идеи французского ученого В. Анри о космической и планетной роли живых организмов как преобра­зователей солнечной энергии. Все космическое пространство заполне­но излучением разного рода. В зависимости от формы излучений, в частности, например, длины их волны, они проявляются как свет, теп­лота, электричество, различным образом меняя материальную среду, нашу планету и тела, ее составляющие. Вещество биосферы, благодаря космическим излучениям, проникнуто энергией, оно становится актив­ным, собирает и распределяет в биосфере полученную в форме излуче­ний энергию, превращает се в энергию свободную, спо­собную производить работу. Таким образом, биосферу можно рассмат­ривать, как область земной коры, занятую трансформаторами, превра­щающими космические излучения в действенную земную энергию – электрическую, химическую, тепловую, механическую.

При изучении влияния Солнца на геологические и геохимические про­цессы, становится понятной и бесспорная роль лучистой солнечной теп­лоты и для существования жизни. Несомненно, и превращение тепловой лучистой энергии в энергию механическую, молекулярную (испа­рение и т.п.), химическую. Появление таких превращений наблюдается на каждом шагу, мы видим их в жизни организмов, в движении и дея­тельности ветров или морских течений, в морской волне и морском при­бое, в разрушении скал, в движении и образовании рек и в колоссаль­ной работе снежных и дождевых осадков. Так писал В.И. Вернадский еще в начале 20-х годов прошлого столетия, чем вызвал вос­торг А.Л. Чижевского, ибо направление их прогрессивных понятий в этой области в значительной степени совпадало.

В основу своих исследований В.И. Вернадский закладывал только эм­пирические обобщения, основанные на всей совокупности известных фактов, а не гипотезы и теории. Одним из таких положений являлось то, что энергия, выделяемая организмами, есть в главной своей части, а может быть и целиком, лучистая энергия Солнца. Через посредство организмов она регулирует химические проявления земной коры. При этом он считал, что на земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной, по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом.

Поэтому, делает вывод ученый, нет ни одного крупного химического равновесия, в котором не проявлялось бы влияние жизни, накладываю­щей «неизгладимую печать» на всю химию земной коры. И далее: «Жизнь не является, таким образом, внешним случайным явлением на земной поверхности. Она теснейшим образом связана со строением земной коры, входит в ее механизм и в этом механизме исполняет величайшей важности функции, без которых он не мог бы существовать».

Важнейшей составляющей учения о биосфере является эмпирическое наблюдение неразрывной связи между освещающим ее световым сол­нечным излучением и находящимся в ней зеленым живым миром орга­низованных существ, являющимся трансформатором энергии. Основ­ным выводом наблюдения является чрезвычайная автоматичность про­цесса: нарушение его восстанавливается без всякого участия других объектов, кроме светового солнечного луча и определенным образом построенного и определенным образом живущего зеленого растения.

С несомненностью установлено, что зеленые растения получают не­обходимую им для жизни энергию прямо от Солнца, которое, таким об­разом, является основным источникам их существования, способствуя приготовлению ими органических веществ из веществ неорганических. В этом заключается основная функция зеленых растений, поддерживаю­щих жизнь и развитие всего животного царства. Процесс фотосинтеза происходит в лаборатории хлорофилловых зерен. При посредстве их растения поглощают энергию солнечного луча: красные лучи спектра диссоциируют углекислоту и синтезируют углеводы, питающие растения (К.Е, Тимирязев, 1843–1920 гг.). Весь свободный кислород биосферы создается на земной поверхности только благодаря газовому обмену зеленых орга­низмов (В.И. Вернадский). Характерно, что количество этого свободно­го кислорода в биосфере, равное 1,5 ·10²¹ т, есть число того же порядка, как и количество связанного с ним живого вещества – 10 ·10²¹ т. Все количество газов, таких как свободный кислород и углекислота, кото­рые находятся в атмосфере, состоит в динамическом равновесии, в веч­ном обмене с живым веществом. Газовый ток биосферы теснейшим образом связан с фотосинтезом, с космическим источником энергии.

Жизнь защищена в своем существовании экраном озона, являющимся естественной внешней границей биосферы. Характерно, что необходи­мый для создания озона свободный кислород образуется в биосфере биохимическим путем. Жизнь, создавая в земной коре свободный кис­лород, тем самым создает озон и предохраняет биосферу от губитель­ных для всякой жизни коротких ультрафиолетовых лучей. Поэтому озон­ный экран и определяет верхнюю границу возможной жизни.

Нижняя граница жизни на Земле определяется температурой, а не хи­мическим составом, так как отсутствие свободного кислорода не может служить препятствием для жизни. Чисто условной границей такой тем­пературы считается 100 °С. Это температура, которая достигается на глубине 3–3,5 км от земной поверхности. Средняя глубина океана дос­тигает 3,8 км, а температура у дна близка к 0° С. Поэтому нижняя гра­ница биосферы в среднем едва ли превысит 2,5–2,7 км на суше и 5–5,5 км в области океанов.

Таким образом, движущими силами развития природных процессов являются сферы Земли (литосфера, гидросфера, атмосфера). Сферы Земли представляют единую, саморегулирующую, сложноорганизованную, энергонасыщенную систему, развивающуюся под действием внутренних и внешних космических сил. Результат проявления внутренних сил Земли (литосферы) – эндогенные процессы (землетрясения, извержения вулканов), внешних на поверхности Земли – экзогенные процессы (оползни, сели, обвалы). Выделяются природные процессы, происходящие только в атмосфере (бури, ураганы, смерчи, сильный снегопад и т.д.), или только в гидросфере (тайфуны, цунами, наводнения и т.д.). Весьма разнообразны местные или локальные источники природных процессов. К ним относятся температурные колебания воздуха, деятельность поверхностных и подземных вод и т.д. Эти процессы будут считаться опасными природными процессами, стихийными бедствиям, природными или экологическими катастрофами в случае угрозы жизни и здоровью людей и нанесению экономического ущерба человечеству.

Вопросы для самоконтроля

1. Какова роль магнитного поля вокруг Земли? Частота его пульсации?

2. Нарисуйте и объясните схему магнитного поля Земли.

3. Какова современная гипотеза происхождения магнитного поля Земли?

4. Охарактеризуйте химический состав незагрязненной атмосферы, и почему до 100 км он не меняется?

5. Перечислите три экологические проблемы, связанные с загрязнением воздуха? В чем сущность каждой из них?

6. Какова функция атмосферы для всего живого Земли?

7. Почему небо голубое, а облака белые или серые?

8. Как делится атмосфера по высоте с учетом распределения температуры. Дайте характеристику трех ее частей от поверхности Земли.

9. Что такое климат? Какие три основных цикла атмосферных процессов играют определяющую роль в формировании климата?

10. Укажите отличительные черты проявления циклона и антициклон?

11. Что такое погода. Какими параметрами она характеризуется?

12. Перечислите и охарактеризуйте климатообразующие формы местной циркуляции?

13. Почему днем ветер дует с моря на берег, а ночью наоборот?

14. Какие три составляющие гидросферы вы знаете?

15. Перечислите и раскройте сущность фундаментальных свойств гидросферы?

16. Почему реки не промерзают до дна? Каким свойством гидросферы это объясняется?

17. Представьте схему большого и малого круговорота воды на Земле?

Раздел 2

ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЗАЩИТА ОТ НИХ