14. Биосфера и ее устойчивость

Учение о биосфере. Начало учения о биосфере связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж-Б. Ламарка (1744-1829). Однако сам термин биосфера впервые был введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году в работе по геологии Альп. Однако он не раскрывал содержания самого понятия биосферы. И только В.И. Вернадский создал стройное учение о биосфере. Под биосферой В.И. Вернадский понимал тонкую оболочку Земли на стыке трех геологических сфер - литосферы, атмосферы и гидросферы, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. В атмосфере верхние слои жизни определяются озоновым экраном (наибольшая концентрация озона – О3), расположенном на высоте 16-20 км. Гидросфера полностью пронизана жизнью до самых глубоких океанических впадин (Марианский желоб в Тихом океане ~11 км). В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях). Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах, на глубине 3 км температура достигает 100о С. Основной особенностью биосферы является наличие в ней живого вещества – совокупности всех живых организмов, представляющих собой мощную геологическую силу. Под их влиянием происходит преобразование лика Земли. Они участвуют в образовании различных минеральных пород, пресной воды, атмосферы. Все живые организмы являются преобразователями солнечной энергии и влияют на геологические процессы. В биосфере происходит непрерывный круговорот различных веществ, благодаря деятельности живых организмов. Но поскольку биосфера получает энергию извне, то она является открытой системой. Неживой компонент биосферы – это те части трех геологических оболочек Земли, которые связаны с живым веществом биосферы сложными процессами миграции вещества и энергии. Границы биосферы являются границами жизни.

Живое вещество биосферы выполняет следующие основные функции: энергетическую, деструктивную, концентрационную и средообразующую.

Энергетическая функция выполняется зелеными растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных химических соединений. Эта энергия распределяется внутри экосистемы в виде пищи между животными. В конечном счете, эта энергия рассеивается в окружающей среде. Однако часть ее может накапливаться в отмершем органическом веществе и переходить в ископаемое состояние, образуя залежи горючих полезных ископаемых – торфа, каменного угля и нефти, являющихся энергетической базой для человеческого общества.

Деструктивная функция заключается в разложении и минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород и вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и др., которые вновь используются в начальном звене круговорота. Этим занимаются специальные организмы – редуценты, или деструкторы.

Концентрационная функция заключается в избирательном накоплении организмами в процессе жизнедеятельности атомов веществ, рассеянных в природе. Одной из характерных особенностей живого вещества является способность концентрировать химические элементы из разбавленных растворов. Наиболее активными концентратами являются микроорганизмы. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей полезных ископаемых (известняка, мела и т.д.).

Средообразующая функция заключается в трансформации физико-химических параметров среды (атмосферы, литосферы и гидросферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Эта функция является совместным результатом всех трех рассмотренных выше функций живого вещества биосферы. Благодаря этой функции живое вещество создало и поддерживает в равновесии баланс вещества и энергии в биосфере, поддерживает стабильность существования организмов. Живое вещество способно восстанавливать условия и места обитания, нарушенных в результате природных катастроф или хозяйственной деятельности человека. Эту способность живого вещества к регенерации природных экологических условий выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий, суть которого состоит следующем: изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система поддерживает свою устойчивость и возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. В результате средообразующей функции в географической оболочке Земли произошли такие важнейшие события, как преобразование газового состава первичной атмосферы; изменение химического состава вод первичного океана; образование толщи осадочных пород в литосфере; возникновение на поверхности суши плодородного почвенного покрова. Основой функционирования живого вещества в биосфере является биотический круговорот веществ, который обеспечивается взаимодействием трех функциональных групп. Движущей силой этого круговорота является солнечная энергия.

Эволюция биосферы привела к появлению ноосферы (от греч. noos – разум) – сферы разума, «мыслящей оболочки». Основоположником учения о ноосфере является В.И. Вернадский. Ключевые положения ноосферной концепции В.И.Вернадского сводятся к следующему: человечество – великая геологическая сила; эта сила есть разум и воля человека как существа социально организованного; лик планеты изменен настолько глубоко, что оказался затронутым ее биогеохимический метаболизм; человечество эволюционирует в сторону обособления от остальной биосферы. В.И. Вернадский считал, что биосфера должна закономерно перейти в ноосферу, и, познавая законы природы и развивая технику, человек должен придать ей новые черты – черты более высокой организации.