Литература(1) / Зверев В.Л. -Экология России проблемы природопользования и среды обитания , краеведение и учебные

71

эволюционной стадии биосферы.

Советские исследователи творчества В.И. Вернадского написали куда больше. По мнению члена-корреспондента Академии наук СССР С.Р.

Микулинского, мысли В.И. Вернадского о ноосфере "не были ни данью идеализму, ни повторением концепций Ле-Руа и Тейяра де Шардена, а

последовательным развитием разработанной самим Вернадским геологической истории Земли с учетом философии марксизма и практики переустройства общества на началах научного социализма. "С учетом философии марксизма" из черновой, не предназначенной для печати рукописи В. И. Вернадского "Научная мысль, как планетарное явление" были извлечены размышления ученого о будущем царстве разума - ноосфере. Эти идеи хорошо увязывались с марксистско-ленинскими представлениями о светлом будущем всего человечества - коммунизме. Поэтому в советских изданиях о В. И. Вернадском стали в первую очередь писать как о создателе ноосферы. Так несуществующая ноосфера затмила реальную биосферу, действительно великое творение великого ученого.

3.2. Структура, развитие и функционирование биосферы.

Главными компонентами биосферы являются: 1/ потоки космической энергии, электромагнитные и гравитационные поля; 2/ атмосфера; 3/ гидросфера; 4/ верхняя, литосфера, как оболочка, биогенных осадочных пород; 5/ почвенный покров; 6/ живое вещество.

"Все мы являемся частичкой звездного праха"- эффектно заметил английский астрофизик У. Фаулер, имея в виду, что химические элементы

72

образуются в недрах звезд. Ученые полагают, что солнечная система возникла путем конденсации вселенского газового вихря, движение которого унаследовали планеты и солнце. Сепарация химических элементов, использованных природой на строительство планет была очень высокой. 90% космического протовещества образовало Солнце, водород и гелий в основном улетели в космическое пространство и в итоге лишь тысячная доля первичного вещества пошла на образование планет. Геохимическая организация планет куда выше, чем звезд,

которые не имеют ни твердого, ни жидкого, ни газообразного ни химических соединений, ни даже нейтральных атомов -только однородная раскаленная плазма из электронов протонов, нейтронов и других частиц. Природе потребовалось преодолеть "дистанцию огромного размера", осуществив геохимическую эволюцию от звездной материи к планетное веществу, к созданию среды жизни и самой жизни.

Земля как планета возникла примерно 4,5 109. лет назад и оставалась стерильной около 1,5 миллиардов лет. Жизнь Земли, ее геологическая история началась с деятельности вулканов, которые положили начало геохимической миграции воды, газов, химических элементов. Вулканические процессы транспортировали вещество из недр планеты на дневную поверхность, они сформировали основу земной коры и материков, наполнили океаны водой и окружили Землю атмосферой.

Основные анионы морской воды - хлор, сульфат, гидрокарбонат, бром,

фтор являются типичными компонентами вулканических дымов. Большая часть вулканических газов приходится на водяной пар и углекислый газ в соотношении

5 : 1. Количество воды, выделяющейся при извержении составляет примерно 1/5

73

объема вулканической лавы. Взаимодействуя с водяным паром, вулканические газы сформировали химический состав древнего океана. Его воды представляли собой смесь разбавленных растворов кислот - соляной, фтористоводородной,

борной, имея рН = 1-2. Выполненные расчеты показывают, что вулканическая деятельность могла обеспечить более половины всей воды, составившей массу гидросферы. Существование гидросферы отличает нашу Землю от всех планет солнечной системы, только на Земле идут дожди, плещутся волны океанов,

морей, рек и озер.

Древнейшее прошлое нашей планеты характеризовалось отсутствием на ее поверхности пресной воды, которая могла существовать тогда только в виде пара,

пресная вода появилась в результате эволюции биосферы, так же как современная атмосфера, которая также уникальна, как и гидросфера.

Луна и Меркурий атмосфер не имеют, для этого они слишком малы. Марс обладает разреженной атмосферой из углекислого газа со следами водяных паров,

оксида углерода, кислорода, озона и водорода. Атмосферное давление на Марсе в

200 раз меньше, чем на Земле, зато на Венере оно в 50 раз больше земного.

Венерианская атмосфера в основе похожа на марсианскую и состоит из углeкиcлoго газа с примесью кислорода, водяного пара и аммиака.

Газовый состав атмосфер планет-гигантов резко отличается от планет земной группы. Атмосфера Юпитера состоит из молекулярного водорода метана,

аммиака и гелия. Специалисты предполагают наличие аналогичных атмосфер у Урана, Нептуна, Плутона.

Древняя атмосфера Земли, образовавшаяся при дегазации недр, была восстановительной и состояла из водяного пара, углекислого газа, метана и

74

аммиака, напоминая одновременно вулканические дымы и атмосферу примитивной бани, истопленной по черному. В нижних слоях атмосферы бушевали грозы, обрушивая ливневые потоки на земную поверхность, которую потрясали землетрясения и вулканические извержения. Тучи пепла поднимались из вулканов, закрывая солнце.

Под действием электрических разрядов, ультрафиолетового излучения и космических лучей в атмосфере начался синтез органических соединений.

Атмосфера безжизненной Земли содержала не более 0,1% современного количества кислорода, который образовывался в результате фотохимических реакций в верхних слоях атмосферы. С этого, почти нулевого уровня началась деятельность фотосинтезирующих организмов.

Следы самой древней жизни на нашей планете, найденные в гренландских кварцитах, имеют возраст 3,8 миллиардов лет, что всего на 900 миллионов лет меньше геологического возраста Земли, определяемого в 4,7 миллиарда лет.

Первыми фотосинтезирующими организмами на нашей планете были сине-зеленые водоросли, чья жизнедеятельность 2 миллиарда лет назад стала изменять газовый состав атмосферы. Сине-зеленые водоросли созданы природой примитивно, но прочно. Эти низшие растения, не имеющие клеточного ядра встречаются в полярных льдах и горячих источниках, они могут развиваться в пресной и соленой воде. Побочным продуктом их деятельности стали строматолиты - известковые образования, известные в отложениях протерозойской и ранней палеозойской эры. Водоросли потребляли углекислый газ и выдели в атмосферу кислород, который реагировал с аммиаком, в результате чего получались молекулярный азот и вода. К началу палеозойской эры

75

количество атмосферного кислорода возросло в 10раз, что способствовало резкому увеличению эволюции морских организмов. Дальнейшее насыщение атмосферы кислородом составившее ко времени /680 млн. лет назад/ появления многоклеточных 10% от современного содержания, способствовало в начале третичного периода заселению материков живыми существами, а 400 миллионов лет тому назад в болотистых низинах силурийской эпохи выросли предки современных земных растений - псилофиты.. В девонскую эпоху появились леса,

в неогене степи, в четвертичном периоде тундры.

Большая часть кислорода, созданного деятельностью фотосинтеза за геологическую историю планеты, захоронена в литосфере в виде карбонатов,

сульфатов, оксидов железа и других осадочных образований. Масса этого

"окаменевшего" кислорода в 15 раз превышает его количество, циркулирующее в биосфере в виде газа или сульфатных ионов, растворенных в гидросфере.

Захоронению подвергался не только кислород, но и углерод. Продукцией биогеохимической деятельности живых организмов стали залежи каменных и бурых, углей, нефти. Процесс захоронения органического вещества способствовал обеднению атмосферы углекислым газом и обогащению кислородом. По современным оценкам древняя атмосфера была насыщена углекислотой в 1000 раз больше, чем современная. Почти половина этой углекислоты сохраняется в земной коре в виде карбонатов кальция, магния и железа.

Примерно 50 млн. лед назад в палеогеновом периоде сформировался современный газовый состав атмосферы и стабилизировался баланс атмосферного кислорода и углекислоты с биологической активностью живых

76

организмов. Весь кислород современной атмосферы проходит через живые организмы за 2 тыс. лет, углекислота за 300 лет, вся гидросфера обновляется за 2

миллиона лет. Круговорот воды является важнейшим свойством гидросферы,

определяющим постоянство и возобновляемость водных запасов. Время жизни атмосферной влаги составляет 10 суток, речные воды живут на 1 день дольше, а

почвенная влага и воды-верховодки возобновляются ежегодно.

Биогеохимические круговороты составляют основу жизни биосферы.

Непрерывные циклы воды, углерода, азота, кислорода, фосфора и других

биогенных элементов обеспечивают практически бесконечное функционирование

жизни, основанной на постоянном потреблении ограниченных запасов

минеральных веществ на нашей планете. Два основных процесса определяют биосферный цикл углерода это фотосинтез и дыхание, которые сбалансированы так точно, что газовый состав атмосферы остается постоянным в пределах долей процента. В некотором отношении круговорот кислорода напоминает обратный круговорот углекислого газа: движение одного происходит в направлении противоположном движению другого.

С возникновением жизни началась биологизация поверхности планеты,

изменение ее облика, формирование биосферы. Появление кислородной атмосферы привело к созданию озонового слоя в стратосфере, своеобразного защитного экрана для живых организмов от вредного ультрафиолетового излучения.

Развитие поверхностных, экзогенных геологических процессов, и в частности, выветривания горных пород, образовало аллювиально-деллювиальные отложения на которых сформировался почвенный покров и выросли зеленые

77

растения. Благодаря почвенному покрову живое вещество преодолело ограниченность ресурсов азотно-углеродного, водного и микроэлементного питания. Активная фотосинтетическая деятельность зеленых растений обеспечила накопление в биосфере запасов биохимической энергии в виде органического вещества горючих ископаемых /уголь, торф/ и почвенного гумуса.

Жизнь у взаимодействуя с минеральным миром, изменяла первоначальную природу планеты и развивалась вместе с биосферой. Живое вещество наращивало биомассу, увеличивая численность, видовое разнообразие и сложность

организмов /табл.3.2.1/.

В девонском периоде на Земле обитало около 12 тыс. видов растений, в

каменоугольном 27 тыс., в пермо-триасе 43 тыс., в юрском - 60 тыс. Современная

флора имеет 300 тыс. видов с биомассой около 1 триллиона тонн.

Развитие биосферы сопровождали геологические /вулканизм, оледенения/

и экологические /массовая гибель организмов/ катастрофы, сменявшиеся периодами интенсивного видообразования живых организмов. Ко времени появления человека планету населяли 5 миллионов видов живых организмов, в

том числе 1 миллион видов насекомых и 8,5, тысяч видов птиц - это вдвое больше, чем видовое разнообразие животных. Живые организмы Земли -

кислородные существа и в основном состоят из 4 элементов - кислорода /70%/,

углерода /18%/, водорода /10,5%/ и азота /0,3%/.

79

Неравновесность биосферы проявляется в неоднородности пространственного,

агрегатного, минерального и геохимического строения. Биосфера резко асимметрична в неравномерном распределении суши и моря, равнин и горных систем, ландшафтно-климатических условий. Вещество биосферы находится в разных агрегатных состояниях - твердом, жидком и газообразном.

Компоненты биосферы дифференцированы и обладают противоположными свойствами. Атмосфера и гидросфера содержат кислород -

окислитель, который никогда не окислит до конца органическое вещество,

являющееся восстановителем. Подвижность, динамичность биосферы не приводит ее к равновесию, наоборот биосферные процессы отличает постоянная динамика атмосферных явлений, течение пресных и морских вод, вечное движение вещества и химических элементов. Неоднородность и неравновесность биосферы в то же время создают удивительную, почти ювелирную точность действующего механизма биосферы, поддерживают ее стабильность в целом, а

также отдельных частей.

Геохимическая мозаичность минерального мира биосферы создала огромное разнообразие абиотических факторов, что привело к развитию множества эволюционных связей организмов с физико-химическими условиями среды обитания. Разнообразие минерального мира, изменчивость природных условий способствовали видовому разнообразию живых организмов.

Однако, обширная пестрота природных условий и видовое разнообразие живых организмов находятся в четком и гармоничном соответствии. Каждое сообщество организмов, называемое биогеоценозом, возникает и развивается в строго определенных условиях биотопа - совокупности абиотических факторов

80

Особенность биогеохимических процессов в биосфере в их цикличности.

Растения потребляют минеральные соединения и создают органическое вещество для животных, микроорганизмы разлагают остатки животных и растений,

возвращая минеральные соединения в почву для новых поколений растений.

Циклический процесс не образует отходов, которые постоянно возникают при антропогенной деятельности и составляют главную проблему цивилизации,

оказывают самое мощное воздействие на природные системы.

3.3. Экосистемы и биологические круговороты.

Количество живого вещества различных организмов, приходящееся на единицу площади или объема называется биомассой. Биомасса, производимая организмами за единицу времени называется биологической продуктивностью.

Живое вещество Земли в основном состоит из биомассы растений. 98%

биомассы суши образуют растения и только 2% дают животные. 82% фитомассы суши приходится на леса, в основном, тропические. В тропических лесах фитомасса достигает 650 т/га, вдвое меньше в тайге - 300 т/га, в черноземных степях 10 т/га, в пустынях 2,5 т/га. В составе зоомассы ~ 95% составляют беспозвоночные почвенные организмы.

Фитомасса океана составляет 1,7 108 т, или 0,007% всей фитомассы Земли,

равной 2,4 1012 т сухого вещества. По количеству биомассы на 1 га океан близок