Геоэколог. Человек. Мол биол. / Геоэкология / 257877_10E29_petrov_k_m_obshaya_geoekologiya / Ch13

строфилиантропогенноговоздействия. Этуспособностьживоговещества к регенерации экологических условий выражаетпринцип Ле Шателье.

Принцип Ле Шателье: изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений.

В теории управления аналогичное явление носит названиеотрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. Таким образом гомеостаз, устойчивость экосистемы, оказывается явлением не статическим, а динамическим.

Врезультатесредообразующейфункциивгеографическойоболочке произошли следующие важнейшие события: был преобразован газовый состав первичной атмосферы; изменился химический состав вод первичного океана; образовалась толща осадочных породвлитосфере; наповерхностисушивозникплодородныйпочвенный покров (также плодородны воды океана, рек и озер).

Вернадский объясняет парадокс: почему, несмотря на то, что общая масса живого вещества – пленка жизни, покрывающая Землю, – ничтожно мала, результаты жизнедеятельности организмов сказываются на составе и литосферы, и гидросферы, и атмосферы?

ЕслиживоевеществораспределитьнаповерхностиЗемлировным слоем, его толщина составит всего 2 см. При такой незначительной массе организмы осуществляют свою планетарную роль за счет весьма быстрого размножения, т. е. весьма энергичного круговорота веществ, связанного с этим размножением.

Масса живого вещества, соответствующая данному моменту времени, с трудом сопоставляется с тем грандиозным ее количеством, которое производило свою работу в течение миллиардов лет существования организмов. В.И. Вернадский указывает, что вся масса живого вещества, воспроизведенного за время существования биосферы, многократно превышает массу земной коры.

Наземнойповерхностинетхимическойсилы, болеепостоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом. Глины,

256

известняки, доломиты, бурые железняки, бокситы – это все породы биогенногопроисхождения. Наконец, свойстваприродныхвод, соленость Мирового океана и газовый состав атмосферы определяются жизнедеятельностью населяющих планету существ.

Рассмотримвлияниесредообразующейфункцииорганизмовна содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере. Напомним, что повышение концентрации СО2 в атмосфере вызывает “парниковый эффект” и способствует потеплению климата. Свободный кислород выделяется при фотосинтезе. Впервые на Земле массовое развитие фотосинтезирующих организмов – сине-зеленых водорослей – имело место 2,5 млрд лет назад. Благодаря этому в атмосферепоявилсякислород, что далоимпульсбыстромуразвитиюживотных. Однако интенсивный фотосинтез сопровождался усиленным потреблениемСО2 иуменьшениемегосодержанияватмосфере. Это привелокослаблению“парниковогоэффекта”, резкомупохолоданию

ипервому висториипланеты(гуронскому) оледенению.

Внашиднинакоплениеватмосфереуглекислогогазаотсжига-

ния углеводородного топлива рассматривается как тревожная тенденция. Она может привести к усилению парникового эффекта, потеплениюклимата, таяниюледников; последнеегрозитповышением уровня Мирового океана более чем на 100 м. В этой связи следует отметить функцию захвата и захоронения избыточной углекислоты морскими организмами путем перевода ее в соединения углекислого кальция, а также путем образования биомассы живого вещества на суше и в океане.

Чистота морских вод – во многом результат фильтрации, осуществляемой разнообразными организмами, ноособенно зоопланктоном. Большинство из этих организмов добывает пищу, отцеживая из воды мелкие частицы. Работа их настолько интенсивна, что весь океан очищается от взвеси за 4 года. Байкал исключительной чистотойсвоихводвомногомобязанвеслоногомурачкуэпишуре, который за год трижды процеживает его воду.

13.3. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ (БЕРЕЖЛИВОСТИ)

Устойчивоефункционированиеэкосистемивыполнениеимиглобальных функцийвозможнотолькоприусловиисоблюдениязакона

257

постоянствавеществаиэнергии, которыйреализуетсявпотокахэнергии и круговоротах питательных (биогенных) веществ (рис. 13.4).

Движущей силой биотического круговорота служит энергия Солнца. Проникая из космоса в биосферу, лучистая энергия улавливается, трансформируется и накапливается не только в растениях, ноивживотных, почвах, горныхпородах. Пообразномувыражению одного геохимика, – энергия Солнца движет по кругу плеяды химических элементов, которые то сцепляются в гроздья органических молекул, то рассыпаются опять в неорганические вещества.

Энергия может существовать в виде различных взаимно превращаемых форм, таких, как механическая, химическая, тепловая или электрическая энергия. Переход одной формы в другую, называемый преобразованием энергии, подчиняется законам термодинамики.

Первый закон термодинамики (закон сохранения энергии): энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может быть создана или уничтожена.

Второй закон термодинамики: при совершении работы энергия не может быть использована на все 100% и часть ее неизбежно превращается в тепло. Тепло есть результат случайного движения молекул, тогда как работа всегда означает неслучайное (т. е. упорядоченное) использование энергии.

Энергия Солнца запускает в действие механизм биотического круговорота питательных веществ в экосистеме. Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов: 1) продуцентов – зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу, – они создают первичноеорганическое вещество; 2) консуме-нтов, потребляющих органическое вещество, – это растениеядные и хищные животные; 3) редуцентов, разлагающихмертвоеорганическое веществодоминерального, – этовосновномбактерии, грибыипростейшиеживот-

ные (рис 13.4).

258

ства и накопленной в нем энергии. Важнейший процесс –дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СО2 и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и энергии – это потребление растений консументами первого порядка – растениеядными животными. Запасаемая фитофагами с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами.

Растениеядные животные являются пищей для плотоядных животных –консументовболеевысокоготрофическогоуровня. Консументывторогопорядкарасходуютнакопленнуюспищейэнергию по тем же каналам, что и консументы первого порядка (растениеядныеживотные). Числотрофическихуровней, образуемыххищными животными, обычно не превышает трех-четырех, так как в связи с большими тратами энергии прирост биомассы животных на более высоких трофических уровнях становятся все меньше.

Каждое звено экосистемы поставляет в окружающую среду органические остатки, которые служат источником пищи и энергии для микроорганизмов – бактерий, грибов, актиномицетов, а также дляживотных-сапрофагов. Завершающимэтапомпревращенияорганическоговещества являются процессы гумификации и далее окисления гумуса до СО2 и минерализации зольных элементов (биоге-

259

нов), которые вновь возвращаются в почву и атмосферу, обеспечивая растение пищей.

Таким образом, биотический круговорот представляет собой непрерывный процесс создания и деструкции органического вещества. Он реализуется при участии представителей всех трех групп организмов: безпродуцентовневозможнажизнь, посколькулишьони производятосновужизни – первичноеорганическоевещество. Консументы разных порядков, потребляя первичную и вторичную продукцию и, переводя органическое вещество из одной формы в другую, способствуют возрастанию многообразия форм жизни на Земле. Наконец, редуценты, разлагаяорганическоевеществодоэлементов минерального питания, возвращают его к началу круговорота.

Миграция химических элементов в биосфере осуществляется в виде биогеохимических циклов, которые связываютнаружные оболочки нашей планеты (атмосферу, гидросферу и литосферу) в единое целое, обеспечивая, с однойстороны, ее устойчивость, а с

другой – непрерывную эволюцию ее состава (рис. 13.5).

Вбиотическомкруговоротепомимообразующихорганическое вещество элементов (кислород, углерод, водород) принимает участиебольшоечислобиологическиважныхэлементов – азот, кальций, натрий, калий, кремний, фосфор, сера, атакжемикроэлементы– бром, йод, цинк, серебро, молибден, медь, магний, свинец, кобальт, никель. Список элементов, поглощаемых живым веществом, можно значительно расширить, причем в него входят даже ядовитые - ртуть, селен, мышьяк, и радиоактивные.

260

Говоряобиотическихкруговоротахилибиогеохимическихциклах, следуетпомнить, чтонормальноефункционированиеэкосистем возможнотолькоприусловии, когдавходивыходвеществвнихииз них постоянно открыт. Литосфера, гидросфера и атмосфера служат гигантскими запасными резервуарами, из которых организмы черпаютнеобходимыевещества, когдавнутренниезапасыресурсовоказываются исчерпанными. На выходе экосистемы поставляют в окружающуюсредубиохимическипреобразованныепродуктыжизнедеятельности. Так, осуществляется средообразующая функция живого вещества (см. выше).

Несмотрянаглобальныемасштабымиграцииатомовчерезэкосистемы, естествоиспытатели обращают внимание на чрезвычайно экономный ход этого процесса. Еще в XVIII в. К. Бэр назвал это явление законом бережливости. В. И. Вернадский очень образно сформулировалэтотзакон.

Закон бережливости: атомы, вошедшие в какую-нибудь форму живого вещества, захваченные единичным жизненным вихрем, с трудом возвращаются, а может быть, и не возвращаются назад, в косную материю биосферы.

Ответимнавопрососкоростикруговоротаразличныхвеществ в биосфере. Все живое вещество биосферы обновляется в среднем за 8 лет. В океане циркуляция идет во много раз быстрее: вся масса живого вещества обновляется за 33 дня, а масса фитопланктона – каждый день. В атмосфере смена кислорода происходит за 106 лет, углекислого газа – за 6,3 года. Процесс полной смены вод в гидросфере осуществляется за 2800 лет, а время, необходимое для фотосинтетического разложения всей массы воды, исчисляется 5-6 млн лет.

13.4.КОНЦЕПЦИЯГЕИ

В1896 г. русскийученыйС. Н. Виноградскийвпубличнойлекции сформулировал положение о Земле, работающей как большой организм. В 70-х годах ХХ в. английским ученым и мыслителем

Дж. Лавлоком выдвинута концепция Геи (Гея – имя греческой боги-

261

ни Земли). Название Гея выбрано не случайно, оно имеет глубокий философскийсмысл, выходящийзарамкичистойнауки.

Петь начинаю о Гее – всематери, прочноустойной, Древней, всему, чтоживет,

пропитанье обильно дающей. Ходитличтопосвященнойземлеилиплаваетвморе, Носитсяльввоздухе –

все лишь твоими щедротами живо. Тыплодовитость, царица, даешьидаешьплодородье; Можешьтыжизньдароватьчеловеку

и можешь обратно

Взятьее, еслизахочешь. Блаженмеждусмертных, коготы

Благоволеньемпочтишь: визобилиивсеонимеет. Тяжкиегнутсяколосьянаниве, напастбищетучном Бродитбессчетноестадо, иблагамидомегополон. Самижониизобильныйкрасивымиженамигород Правятподобрымзаконам.

Богатство и счастие с ними. Хвалятсяихсыновьяжизнерадостным,

свежим весельем,

Девушки – дочериих, – вхороводахкружась цветоносных,

Нежныетопчутцветыналугахвликованиисветлом. Такотличаешьтыих, многочтимая, щедраяГея! Радуйся, матерьбогов,

о жена многозвездного Неба!

Из гомеровских гимнов

ФизикпообразованиюЛавлокпервоначальнонебылзнакомни с высказываниями С. Н. Виноградского, ни с трудами В. И. Вернадского, и только позже, когда появился полный перевод книги “Биосфера” на английский язык, он признавал, что его теория по сути дела является развитием идей Вернадского о глобальной роли жизнедеятельности живых организмов.

Согласно концепции Лавлока, эволюция организмов настолько связана с эволюцией их физического окружения, что вместе они составляют единый эволюционный процесс, который обладает саморегуляторными свойствами. Планета ведет себя как одушевленный

262

организм, суперорганизм, который обладает свойствами, напоминающими физиологию живого организма. Гея способна преобразовывать свою среду так, чтобы она была наиболее благоприятной для самой Геи.

“Весь облик Земли, климат, состав горных пород, воздуха и океанскихводестьнетолькорезультатгеологическихпроцессов, но является следствием присутствия жизни. Благодаря непрекращающейсяактивностиживыхорганизмов, условиянапланетеподдерживаютсявблагоприятномдляжизнисостояниинапротяжениипоследних 3,6 млрд лет. Любые виды, которые неблагоприятным образом влияют на окружающую среду, делают ее менее пригодной для потомства, будут в конце концов изгнаны так же, как более слабые, эволюционнонеприспособленныевиды”, - пишетЛавлок.

Сам Лавлок и многие его последователи считают, что во многом понятие Гея – это метафора, благодаря которой образ греческой богинииЗемликаксуперорганизмапридаетэмоциональнуюокраскугипотезе, способствуетеепопуляризациииформированиюэкологического мировоззрения. Отношение человека к Гее, этому далеко непознанномуфеноменудолжнонаполнятьсяфилософским, этическим и возможно, даже религиозным смыслом, которые вносят мудрость целостного в отношении человека к природе.

Антропоцентрическоемировоззрениепревратилочеловеческую популяцию в больной орган, живущий по собственным законам, несогласованным с Геей и космосом. Аналитический рассудок затмил глубинный разум наших предков с их интуитивным, мифологическим и вместе с тем целостным восприятием мира. Человечеству грозит гибель, если оно не будет следовать законам Геи.

Интересные мысли о сверхинтеллекте, связывающем человека с информационными полями Земли и Космоса, излагает известный русский геолог Ю.А. Косыгин. Он высказывает гипотезу, что существуютинформационныеполя, объединяющие“ауры” каждого мыслящегочеловекасобщиминформационнымполем, охватывающимбиосферу и космос.

Человеку часто представляется, что им руководит разум. Однако помимо разума, считает Косыгин, человеком руководят высшие силы, порождаемые информационным полем биосферы и космоса. Низший разум обслуживает инстинкты. Прорыв сверхинтеллекта – это прозрение, озарение, вдохновение.

263

Устойчивое развитие человеческого общества возможно тольконаосновеиспользованиядвижущихсилстабилизацииживогопокрова Земли, заложенных в самой биосфере-Гее. Не в противоборстве с природой, а в причастности к ней должен воспитываться человек. Высокая духовность позволит понять язык природы и действовать, не нарушая ее гармонии.

Вопросы для самостоятельных занятий

1.Границы и характерные особенности биосферы.

2.Функции живоговещества: энергетическая, деструктивная, концентрационная, средообразующая.

3.Действие принципа Ле Шателье в биосфере.

4.Потокэнергииикруговоротыбиогенныхэлементоввэкосистеме.

5.Первый и второй законы термодинамики.

6.Закон бережливости.

7.Скорости круговорота различных веществ в биосфере.

8.КонцепцияГеи.

264