3. Биосфера и место в ней человека

3.1 Биосфера как занятая жизнью оболочка Земли и как система жизнеобеспечения. Учения о биосфере в.И.Вернадского

Часто экологию определяют как науку, которая рассматривает проблемы взаимоотношения человека и биосферы. Иными словами всё, что нас окружает и подвергается нашему воздействию, имеет отношение к экологической науке.

Перед современным обществом стоит задача сохранить природные богатства сегодня и предупредить отрицательные последствия в будущем. Для того, чтобы иметь возможность прогнозировать последствия воздействия хозяйственной деятельности человечества на природную среду, следует знать характер взаимодействия животного и растительного мира с неживой природой и изучить «опыт» природных сообществ, которые в течение миллиардов лет своего существования умели избавляться от отходов жизнедеятельности, не загрязняя среду обитания благодаря замкнутому кругообороту вещества. Основой этих знаний является учение о биосфере Земли.

При всех огромных размерах земного шара реальная жизнь существует только на его поверхности, в той части Земли, которую называют биосферой. В этом тонком слое земной поверхности взаимодействуют воздух, вода, земля, животный и растительный мир. Все живое на Земле зависит от сохранения целостности биосферы. Что же угрожает биосфере, можно ли защитить ее от разрушений? Чтобы понять это, необходимо, прежде всего, рассмотреть составляющие биосферы, ее живые и неживые компоненты, их сложнейшие взаимодействия, которые поддерживают и уравновешивают биосферу как единое целое.

Проблемой характера взаимодействия живой и неживой природы начали всерьез заниматься в конце ХIХ века, когда австрийский геолог Э.Зюсс в 1875г впервые ввел термин «биосфера», а русский естествоиспытатель В.И. Вернадский стал основоположником современного учения (1863–1945гг.) и создал биогеохимию – науку, изучающую роль живого вещества (биоты) в геологических процессах планеты [8]. Современная наука рассматривает биосферу как сложную общепланетарную саморегулирующуюся систему живого вещества (биоты) и неживой материи (экотопа), термодинамически открытую, аккумулирующую и перераспределяющую огромные ресурсы энергии. Возраст биосферы приблизительно 4млрд. лет [8].

Под биосферой подразумевают литосферу (слой земной коры глубиной до 3км), гидросферу (водную среду, представленную, в основном, мировым океаном), атмосферу (её нижний слой – тропосферу) и совокупность всех живых организмов – биоту. Все составляющие биосферы играют важную роль в жизненных процессах на Земле, но главным компонентом биосферы всё же является живое вещество.

Нижняя часть биосферы распространяется на 3 км на суше и на 2 км ниже дна океана. Верхняя граница – озоновый слой толщиной несколько мм, выше которого УФ излучения солнца исключают органическую жизнь (рис.7) [23]. Основой органической жизни является углерод (С).

Верхняя граница – озоновый слой

20000

Стратосфера

10000 Эверест (8848 м)

почва

Тропосфера

Литосфера Гидросфера

Филиппинская впадина(10830м)

Нефтяные воды

(присутствие бактерий)

3000 Нижняя граница

Рис.7 Границы биосферы на Земле

Решающее значение в истории образования биосферы имело появление на Земле растений, которые в процессе фотосинтеза синтезируют органические вещества из СО₂ и Н₂О под действием солнечного света. В результате фотосинтеза ежегодно образуется 100 млрд. тонн органического вещества. Именно благодаря растениям на Земле получили развитие различные виды животных, и осуществляется обмен веществом и энергией между живой и неживой природой.

Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются кругооборот веществ и превращение энергии.

В.И.Вернадский выделяет в биосфере глубоко отличных и в то же время генетически связанных частей:

1) Живое вещество – живые организмы.

2. Биогенное вещество – продукты жизнедеятельности живых организмов (каменный уголь, нефть и т.п.).

3) Косное вещество – горные породы (минералы, глины).

4) Биокосное вещество – продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами (почвы, ил, природные воды).

5) Радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов (радий, уран, торий и т.д.).

6) Рассеянные атомы (химические элементы), находящиеся в земной коре в рассеянном состоянии.

7) Вещество космического происхождения – метеориты, протоны, нейтроны, электроны [5].

Живое вещество – это совокупность и биомасса живых организмов в биосфере, количественное соотношение которых отражено в табл.1 [5].

Таблица 1

Среда	Организмы	Масса, 1012т	%
Суша	Растения	2,4	99,04
	Животные	0,02	0,825
Океаны	Растения	0,0002	0,008
	Животные	0,003	0,124
Суммарный	Общая биомасса	2,4232	100

Живое вещество нашей планеты существует в виде огромного множества организмов разнообразных форм и размеров. В настоящее время на Земле существует более 2 млн. организмов , из них 0,5 – растения, 1,5 – растения и микроорганизмы (из них 1 млн. насекомых) [5].

В процессе развития биосферы выделяют 3 этапа:

1. Биосфера (где человек воздействовал на природу незначительно. Возраст человечества примерно 1,5 млн. лет).

2. Биотехносфера – cовременная биосфера – это результат длительной эволюции органического мира и неживой природы. Человеческое общество – это один из этапов развития жизни на Земле. Деятельность человека следует рассматривать как составную часть биосферы. Техника – это качественно новый этап ее развития. Возникает вопрос, каким путем пойдет развитие человека и биосферы в будущем, какими средствами избежать необратимых последствий в природе. Предотвратить изменения невозможно. Очевидно, что следует научиться управлять процессами между человеком и природой так, чтобы они были взаимовыгодны.

3) Ноосфера – сфера разума. Это понятие ввел французский математик и философ Ле-Руа в 1927 году, а обосновал Вернадский в 1944 г [23]. Это высшая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития. В ноосфере человек становится крупной геологической силой, он перестраивает своим трудом и мыслью область своей жизни. Человек неразрывно связан с биосферой, уйти из нее не может. Его существование – есть функция биосферы, которую он неизбежно изменяет.

Составляющие биосферы находятся в постоянном взаимодействии и взаимопроникновении. Сущность взаимодействия живых сообществ – обмен веществом, при котором отходы одних популяций используются в пищу другими популяциями. Кроме того, живые организмы являются открытыми системами, постоянно обменивающимися веществом и энергией с окружающей неживой средой. Совокупность взаимодействующих популяций, существующих на ограниченной территории, вместе с используемым неживым веществом образует биогеоценоз [9]. В основе биоценоза лежит обмен веществом и энергией между популяциями. Биосфера очень экономно расходует вещество и энергию. Из образующегося в биогеоценозах вещества лишь небольшая часть (доли процента) ежегодно выходят из круговорота в илы и осадки, попадая в медленные геологические циклы.

►Вопросы для самоконтроля

1. Что такое биосфера и каковы её границы?

2. Что понимается под «живым веществом»? Назовите два-три основных его признака. Приведите примеры.

3. К какой генетической части биосферы относятся природные воды?

4. Какие этапы выделяют в развитии биосферы и чем они отличаются друг от друга?

5. Что такое «биогеоценоз»? Приведите различные примеры вида биогеоценоза. Постоянны или изменчивы биогеоценозы конкретных регионов (почему)?