Тема 9 Концепция биосферы

Первые представления о биосфере и ее роли в истории Земли дал в своей работе «Гидрология» Ж.-Б. Ламарк, хотя само понятие «биосфера» им не употреблялось. Развивая эти идеи, А. Гумбольдт ввел понятие «жизненная среда», под которой мыслил атмосферные, морские и континентальные явления и процессы, а также весь органический мир. Ф. Ратцель назвал поверхность нашей планеты «пространством жизни», а Э. Зюсс — биосферой. Однако целостное учение о биосфере (греч. bios —жизнь, sphaira —шар, оболочка) было создано В. Вернадским.

Биосфера —это часть оболочек земного шара (атмосферы, гидросферы, лито­сферы), которая заселена живыми существами. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от + 50 до —50 С и давлением около 1 атм. Эти условия определяют границы жизни для большинства организмов. Биосфера ограничивается воздействием излучения. Ее верхняя граница свыше 22 км над уровнем моря. В океанах нижняя граница жизни простирается до глубин свыше 10 км. В твердую земную оболочку (литосферу) организмы проникают до глубины 4 —5 км. Все живые организмы в совокупности образуют биомассу планеты (0,01% массы земной коры).

Роль живых организмов в процессах, имеющих место в биосфере, огромна. Их деятельность обусловливает химический состав атмосферы, концентрацию солей в гидросфере, образование и разрушение горных пород в литосфере, формирование почвенного покрова и т.д.

Так, сухой воздух приземного слоя атмосферы состоит из азота (78,084 об.%), кислорода (20,946 об.%), аргона (0,934 об.%), углекислого газа (0,033 об.%), т.е. из четырех основных газов, составляющих атмосферу. При этом только аргон не связан с жизнедеятельностью организмов, поступление же и расход кислорода, азота и углекислого газа регулируется организмами. В верхних слоях тропосферы из кислорода образуется озон, молекулы которого поглощают ультрафиолетовые лучи. Благодаря озонному экрану возможно существование жизни на Земле.

Химический состав природных вод формируется под воздействием организмов, которые способствуют разрушению горных пород и вымыванию из них ряда веществ. Затем эти вещества речным стоком поступают в мировой океан.

Органогенное происхождение имеют известняки (образующиеся в морях из скелетов организмов), диатомит, угли, горючие сланцы, нефть.

Организмы способствуют и образованию почв. Исходным материалом для почвообразования выступают поверхностные слои горных пород. Из них под воздействием микроорганизмов, растений и животных формируется почвенный покров. Организмы концентрируют в своем составе биогенные элементы. После отмирания организмов эти элементы переходят в состав почвы. В почве находится огромное количество микроорганизмов.

Итак, большая роль живых организмов в биосфере связана с их способностью:

• аккумулировать и трансформировать солнечную энергию;

• размножаться и тем самым обеспечивать непрерывность своей деятельности;

• совершать с огромной скоростью химические реакции.

Учение о биосфере Вернадского исходит из ряда принципов. Это —

• принцип целостности биосферы, определяемый условиями существования жизни: гравитационной постоянной, константой сильного взаимодействия, постоянной электромагнитного взаимодействия. К этому добавляется еще антропный принцип;

• принцип гармонии биосферы и ее организованности;

• роль живого в эволюции Земли;

• космическая роль биосферы в трансформации энергии;

• живое вещество растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции, а скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества;

• живое вещество на планете рассеяно неравномерно. Однородные участки территории (акватории), заселенные живыми организмами, называются биотопами, а исторически сложившееся сообщество организмов, населяющих биотоп, получило название биоценоза. Биоценоз вместе с окружающей его неживой природой — элементарная структура активной части биосферы; функция биогеоценоза — круговорот материи на занимаемой им территории.

Зеленые растения, используя солнечную энергию и потребляя необходимые питательные вещества, создают биомассу, в процессе фотосинтеза и дыхания поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, а благодаря транспирации участвуют в круговороте воды. За счет биомассы, синтезированной автотрофными организмами, существуют гетеротрофы —потребители. Отмершие организмы и их части служат пищей животным-сапрофитам и микроорганизмам (грибы, бактерии), минерализирующим их. С их деятельностью связана биогенная миграция азота, фосфора, калия, кальция и других элементов, попадающих в почву и используемых из нее растениями.

Между всеми компонентами биоценоза устанавливается динамическое равновесие —экологический гомеостаз. Возрастание численности какого-либо вида организмов приводит к массовому появлению его потребителей.

Развитие биосферы выступает как чередование этапов эволюции, когда скачкообразные переходы приводят к новому качественному ее состоянию. Перечислим важнейшие вехи в истории биосферы:

• появление простейших клеток — прокариотов;

• появление более организованных клеток — эукариотов;

• объединение клеток-эукариотов с образованием многоклеточных организмов (функциональная дифференциация клеток в организмах);

• появление организмов с твердыми скелетами, открывшее путь к образованию высших животных;

• возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга;

• формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

• образование социальной общности людей — носителей разума.

С появлением человека биосфера приобрела новое качество на Земле. Вернадский пришел к заключению, что человечество образует в совокупности новую оболочку Земли —ноосферу, т.е. сферу разумной жизни.

Завершая обзор концепций естествознания, выделим общие закономерности развития природы, сформулированные в них:

• наличие эволюционных процессов (от кварков до Вселенной);

• самоорганизация (от неживых систем до биосферы);

• системность связи неживой и живой природы;

• имманентность природных систем пространству и времени.

Научные достижения XX века позволяют нарисовать следующую современную естественнонаучную картину мира^*.

Литература

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. — М., 1997.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания: Учебник. — Новосибирск, 1997.

3. Дягилев Ф.М. Концепции современного естествознания. — М., 1998.

4. Карпенко М. Разумная Вселенная. — М., 1992.

5. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. — М., 1998.

6. Концепции современного естествознания: Учебник / В.Н. Лавриненко, В.П. Ратников, В.Ф. Голубь и др. — М., 1997.

7. Кузнецов В.И,, Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. — М., 1996.

8. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. — М., 1986.

9. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник. — М., 1997.

10. Соломатин В.А. История и концепции современного естествознания. — М., 2000.

11. Слюсарев А.А. Биология с общей генетикой. — М., 1978.

12. Философия естествознания /Под ред. Л.Б.Баженова, К.Е Морозова, М.С. Слуцкого. — М., 1966.

13. Хакен Г. Синергетика. — М., 1980.

14. Хмелевская С.А. Система форм постижения бытия. — М., 1998.

15. Шкловский И.С. Проблемы современной астрофизики. — М., 1982.

Вопросы для самоконтроля

1. Характерные черты науки. Современная классификация наук.

2. Предмет естествознания. Роль естествознания в культуре общества.

3. Методология естествознания.

4. Тенденции развития естествознания. Эволюция естественнонаучной картины мира.

5. Вещество, поле и физический вакуум как виды материи.

6. Структурные уровни организации материи.

7. Мегамир: современные астрофизические и космологические концепции.

8. Макромир: концепции классического естествознания.

9. Микромир: концепции квантовой физики.

10. Пространство и время в современной научной картине мира.

11. Принципы симметрии физических законов.

12. Закон сохранения энергии, особенности тепловой энергии. Основные начала термодинамики.

13. Концепция детерминизма, динамические и статистические законы.

14. Корпускулярно-волновой дуализм в современной физике.

15. Фундаментальные взаимодействия.

16. Принципы неопределенности и дополнительности.

17. Теории хаоса и порядка.

18. Принципы универсального эволюционизма.

19. Химическая наука об особенностях взаимодействия атомно-молекулярного уровня организации материи.

20. Химические связи и химические реакции.

21. Периодический закон Д.И. Менделеева.

22. Биологический уровень организации материи.

23. Сущность живого, его основные признаки.

24. Концепции происхождения жизни.

25. Эволюционная теория Ч. Дарвина и ее развитие.

26. Генетика и законы наследственности.

27. Учение о биосфере.

28. Закономерности эволюции биосферы.

29. Синергетика — современная научная парадигма.

30. Особенности современной научной картины мира.

22