3. Основные понятия экологии

1. Биосфера

Содержание понятия биосфера не всегда было одно­значным. Первоначально биосферами называли гипотети­ческие глобулы (видимо, под влиянием идей французских ученых XVIII в. П.Л. Мопертюи и особенно Ж.Л. Бюф- фона о бессмертных органических молекулах), якобы со­ставляющие живую основу всех организмов. Такое пони­мание продержалось во Франции до середины XIX в.

Существенно иное представление о биосфере сформу­лировал в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. В моно­графии «Происхождение Альп» он говорит о «самостоя­тельной биосфере» как об особой оболочке Земли, обра­зованной живыми организмами. В заключительной главе большого трехтомного труда «Лик Земли» (1909) этот автор пишет, что понятие «биосфера» возникло как след­ствие развития идей Ж. Ламарка и Ч. Дарвина «О един­стве органического мира».

Работы Зюсса положили начало биологическому пред­ставлению о биосфере как о совокупности организмов, населяющих Землю, как о живой оболочке планеты. Та­кого взгляда придерживались многие русские географы, например Н.М. Сибирцев (1899), Д.Н. Анучин (1902), П.И. Броунов (1910), А.А. Григорьев (1948), английский исследователь и философ Дж. Бернал (1969) и др.

Представление Зюсса о биосфере как об особой обо­лочке Земли использовал и Вернадский (1926), вложив в него, однако, существенно иное, биогеохимическое, со­держание.

Биосфера, по Вернадскому, - это область распро­странения жизни, включающая наряду с организмами и среду их обитания. Кстати, зачатки этого представления можно обнаружить уже в высказываниях ученых XVII и XVIII вв., в книге «Космос» А. Гумбольдта и в работах В.В. Докучаева.

Общее учение о биосфере создано в 20-30-х годах XX в. Вернадским, развившим идеи Докучаева о комплексном естественно-историческом анализе взаимодействующих в природе разнокачественных объектов и явлений (факторов почвообразования) и выявлении самостоятельных природ­ных объектов гетерогенной структуры и состава (почвы, природные зоны).

В основе учения Вернадского лежат следующие пред­ставления:

• о планетарной геохимической роли живого веще­ства (совокупности всех живых организмов, существовав­ших или существующих в определенный отрезок времени, рассматриваемых как мощный геологический фактор. Жи­вое вещество, в понимании Вернадского, как биогеохи- мический фактор, количественно выражается в элемен­тарном химическом составе, массе и энергии);

• об организованности биосферы, являющейся продук­том сложного превращения вещественно-энергетического и информационного потоков живым веществом за время геологической истории Земли.

Биосфера включает не только область жизни (биогео­сферу, фитогеосферу, витасферу), но и другие структуры Земли, генетически связанные с живым веществом. По Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разно­образных, но геологически взаимосвязанных частей: жи­вое вещество; биогенное вещество; косное вещество; био- косное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения.

В пределах биосферы присутствуют либо живое ве­щество, либо следы его биогеохимической деятельности. Атмосферные газы (кислород, азот, углекислый газ), при­родные воды, равно как и природное топливо (нефти, уг­ли), известняки, глины и их метаморфические произво­дные (сланцы, мраморы, граниты и др.) в своей основе созданы живым веществом планеты.

Слои земной коры, лишенные в настоящее время жи­вого вещества, но переработанные им в геологическом про­шлом, Вернадский относит к области «былых биосфер».

Биосфера мозаична по структуре и составу, в ней отражается геохимическая и геофизическая неоднород­ность лика Земли (океаны, озера, горы, ущелья, равни­ны и т. д.) и неравномерность в распределении живого вещества по планете, как в прошлые эпохи, так и в наше время. Максимальное содержание живого вещества ги­дросферы приурочено к мелководьям, минимальное - к глубинным акваториям (абиссаль); на суше эта неравно­мерность проявляется в мозаике биогеоценотического по­крова (леса, болота, степи, пустыни и др.) с минимумом плотности живого вещества в высокогорьях, пустынях и полярных областях.

Живое вещество выполняет следующие биогеохими- ческие функции: газовую (миграция газов и их превра­щения); концентрационную (аккумуляция живыми ор­ганизмами химических элементов из внешней среды); окислительно-восстановительную (химические превраще­ния веществ, содержащих атомы с переменной валентно­стью, - соединений железа, марганца, микроэлементов и т. д.); биохимическую и биогеохимическую (включение разного рода химических веществ, поступающих в окру­жающую среду в процессе жизнедеятельности человека). Совокупность этих функций определяет все химические превращения в биосфере.

Эволюция биосферы диалектически связана с эволю­цией форм живого вещества (организмы и их сообще­ства), усложнением его биохимических функций, совер­шающихся на фоне геологической истории Земли.

В учении о биосфере Вернадского выделяют следую­щие основные аспекты:

• энергетический, освещающий связь биосферно-пла­нетарных явлений с космическими излучениями (в ос­новном солнечными) и радиоактивными процессами в зем­ных недрах;

• биогеохимический, отражающий роль живого ве­щества в распределении и поведении атомов (точнее их изотопов) в биосфере и ее структурах;

• информационный, изучающий принципы организа­ции и управления, осуществляемые в живой природе в свя­зи с исследованием влияния живого вещества на струк- ^ТУРУ и состав биосферы;

1.3. Основные понятия экологии

• пространственно-временной, освещающий формиро­вание и эволюцию различных структур биосферы в геологи­ческом времени в связи с особенностями пространственно- временной организованности живого вещества в биосфере;

• ноосферный, изучающий глобальные эффекты воз­действия человечества на структуру и химию биосферы в процессе хозяйственной и иной деятельности.

Выход человека в космос, за пределы биосферы, не­сомненно, стимулирует разработку новых сторон учения о биосфере.

Существенными моментами учения о биосфере явля­ются представления о взаимосвязях (прямых и обратных связях) и сопряженной эволюции всех структур биосфе­ры. Эти представления положены в основу разработки многими национальными и международными организа­циями, научными центрами и лабораториями проблемы «Биосфера и человечество». Для решения этой проблемы проводятся такие мероприятия, как Международное ги­дрологическое десятилетие, Международная биологиче­ская программа и другие, в которых участвуют многие страны.

Повышенный интерес к изучению биосферы вызван тем, что локальное воздействие человека на нее, харак­терное для всей предшествовавшей истории, сменилось в XX в. глобальным его влиянием на состав, структу­ру и ресурсы биосферы. На планете нет участка суши или моря, где бы не были обнаружены следы деятель­ности человека. Один из ярких примеров — глобальные выпадения радиоактивных осадков - продуктов ядерных взрывов. В атмосфере, океане и на суше повсеместно при­сутствуют (пусть в самых незначительных количествах) продукты сгорания нефти, угля, газов, отходы химиче­ской и другой индустрии, ядохимикаты и удобрения, сносимые с полей в процессе водной и ветровой эрозии. Интенсивное и нерациональное использование ресурсов биосферы - водных, газовых, биологических и других, усугубляемое гонкой вооружений и испытаниями ядер- ного оружия, и развеяло миф о бесконечности и неисчер­паемости этих ресурсов.

Многочисленные примеры разрушительной деятель­ности человека и, к сожалению, редкие примеры его со­зидательной деятельности (в том числе и в плане охраны природы) свидетельствуют об актуальности разумного ведения земных дел разумным человечеством, что воз­можно только при переходе от стихийного производства к принципам устойчивого развития человеческой циви­лизации.

Современная структура биосферы - продукт длительной эволюции многих систем разной сложности, последователь­но стремящихся к состоянию динамического равновесия. Практическое значение учения о биосфере огромно. Осо­бенно заинтересованы в развитии этого учения здравоохра­нение, сельское и промысловое хозяйство и другие отрасли человеческой практики, чаще других сталкивающиеся с «ответными ударами» со стороны биосферы, вызванными неразумным или неосторожным преобразованием природы человеком.

В настоящее время оба понимания биосферы, по Зюс- су и по Вернадскому, существуют на равных правах. Н.В. Тимофеев-Ресовский предлагает говорить о биосфе­ре в узком и широком понимании.

Представляется более целесообразным употреблять это понятие, вкладывая в него смысл, приданный Вернад­ским, - область распространения жизни, используя для биосферы в «узком смысле» выражения: «совокупность организмов», «пленка жизни», «живой покров Земли», «био­та», «биос».

Верхняя граница биосферы, по Вернадскому, прохо­дит на высоте 15-20 км, охватывая всю тропосферу и нижнюю часть стратосферы; озон находится у полюсов

в слое 8-30 км, в тропиках 15-35 км. Снизу биосфера ограничена отложениями на дне океанов (до глубины свыше 10 км) и глубиной проникновения в недра Земли организмов и воды в жидком состоянии. Подстилающая литосфера, верхняя стратосфера, ионосфера и космическое пространство служат биосфере средой. Основной энерге­тический источник, обеспечивающий функционирование биосферы, - лучистая энергия Солнца.

Таким образом, биосфера - это особая термодинами­ческая открытая оболочка Земли, вещество, энергетика и организация которой и обусловливаются взаимодействи­ем ее биотического и абиотического компонентов. Она, следовательно, включает совокупность организмов и их остатки, а также части атмосферы, гидросферы и лито­сферы, населенные организмами и изменяемые их дея­тельностью.

Важнейшей функцией биосферы является регуляр­ное, возрастающее во времени воссоздание живого веще­ства по численности, весу и количеству аккумулирован­ной и удерживаемой энергии. Человек воспринимает эту функцию как биологическую продуктивность биосферы, ее частей (океан, почвы, пресные воды) или ее отдельных экосистем и биогеоценозов (дельты, луга, тайга, поля зер­новых и т. д.).