Биосфера / УЧЕНИЕ О БИОСФЕР1
.docУЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ
Биосфера представляет собой оболочку Земли, в которой развивается жизнь исключительно разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы и гидросферу. В своей основе биосфера является результатом взаимодействия живой и неживой материи. Автором термина "биосфера" является французский естествоиспытатель Жан Батист Ламарк, который употребил его в 1803 г. в труде по гидрогеологии Франции для обозначения совокупности организмов, обитающих на земном шаре. Затем термин был забыт. В 1875 г. его "воскресил" профессор Венского университета геолог Эдуард Зюсс в работе о строении Альп. Он ввел в науку представление о биосфере как особой оболочке земной коры, охваченной жизнью. В таком общем смысле впервые в 1914 г. использовал этот термин и В. И. Вернадский в статье об истории рубидия в земной коре.
Основоположником современных представлений о биосфере является выдающийся естествоиспытатель академик В. И. Вернадский (1863-1945). Развиваемые положения он обобщил в книге "Биосфера", опубликованной в 1926 г. и переведенной затем на французский и английский языки. Поверхность Земли Вернадский рассматривал как качественно своеобразную оболочку, развитие которой в значительной мере определяется деятельностью живых организмов. Сущность его учения заключается в том, что высшая форма развития материи на Земле - жизнь опосредует другие планетарные процессы. Биосфера по Вернадскому является не простой совокупностью живых организмов, а единой термодинамической оболочкой (пространством), в которой сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды.
В состав биосферы входят верхние слои литосферы, практически вся гидросфера и нижние части атмосферы. Биосфера охватывает сферу развития жизни, то окружающее Землю пространство, в котором живое вещество действует как геологическая сила, формирующая лик Земли.
Верхняя граница биосферы обусловлена лучистой энергией, убивающей все живое, то есть естественной верхней границей является озоновый экран, расположенный на расстоянии около 16 км от поверхности Земли на полюсах и до 25 км над экватором. Но только немногие птицы поднимаются до высочайших горных вершин (7-8 км). Нет ни одного организма, который всегда жил бы в воздушной среде. Лишь тонкий слой тропосферы (менее 100 м над Землей) можно считать наполненным жизнью.
Нижняя граница биосферы в литосфере теоретически определяется высокой температурой. Температура 100°С представляет непреодолимую преграду. Живые организмы в трещинах и нефтеносных скважинах могут встречаться на глубине до 3 км от земной поверхности. В гидросфере границы жизни обусловлены количеством света и давлением и температурой. В морях предельная для жизни температура встречается на глубине около 10 км. По-видимому, границы биосферы будут расширяться. В частности, человек может достигать посредством техники областей, недоступных для остального живого мира.
Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются круговороты веществ и энергии. Они слагаются из множества процессов превращения и перемещения вещества. В биосфере в круговороте вещества и энергии участвуют три группы организмов:
1. Продуценты (производители) - автотрофные организмы, создающие в процессе фотосинтеза органические вещества из неорганических за счет использования солнечной энергии. Основным продуцентом в биосфере являются зеленые растения. В общем виде процесс фотосинтеза может быть представлен в следующем виде: 6СО2 + 6Н2О + 674 Ккал С6Н12О6 + 6О2.
2. Консументы (потребители) - гетеротрофные организмы, питающиеся за счет автотрофных. К консументам первого порядка относятся, например, некоторые рыбы, питающиеся фитопланктоном, травоядные животные; к консументам второго порядка - хищники и паразиты растительноядных организмов. В природе встречаются также консументы третьего и четвертого порядков, но, как правило, в цепях питания бывает не более шести звеньев.
3. Редуценты (восстановители) - организмы, разлагающие мертвое органическое вещество и возвращающие неорганические вещества в окружающую среду. К ним относятся бактерии и грибы.
В круговороте вещества и энергии особенно велика роль микроорганизмов, до конца разрушающих органические остатки и превращающих их в конечные продукты (минеральные соли, углекислоту, воду, простейшие органические вещества), используемые в дальнейшем растениями для фотосинтеза новых органических веществ. При непосредственном участии микроорганизмов в круговорот включается любая форма жизни. С их помощью осуществляется естественная регуляция биосферы.
Эволюция биосферы. Возраст биосферы оценивается приблизительно в 4 млрд лет. Наиболее обоснованы предположения об абиогенном происхождении примитивных организмов из возникших под воздействием мощных электрических разрядов сложных органических соединений. Немало сторонников насчитывает и теория внеземного происхождения жизни. Важнейшим аргументом последней является тот факт, что на Землю из космоса было занесено достаточно большое количество аминокислот с метеоритными дождями. Эти аминокислоты могли послужить толчком к образованию сложных систем органических соединений и появлению организмов. Эволюция живого вещества шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, увеличения числа видов и совершенствования их приспособленности. Усложнение жизни связано с развитием многоклеточных организмов. В этом отношении наиболее признана колониальная гипотеза, согласно которой образовавшиеся в результате деления клетки не разошлись в пространстве, а образовали колонии. Позже в клетках возникли различия в химическом составе, а затем и в функциональной специализации. Многоклеточные организмы совершенствовались и приобретали различия в течение многих миллионов лет. Совершенствовался круговорот веществ в непрерывном обмене веществом и энергией между организмами и средой, в процессе рождения и смерти. Завладевая все новыми областями земной коры, организмы приспосабливались к новым физико-химическим условиям, что неизбежно приводило к гибели части организмов и дальнейшему естественному отбору. Эволюционный процесс сопровождался повышением эффективности преобразования энергии и вещества организмами, популяциями и сообществами.
Появление человека привело к ускорению процесса эволюции биосферы. В палеолите у человека сформировались зачатки нравственности, стадо антропоидов постепенно стало превращаться в человеческое общество. В неолите люди преодолели глобальный экологический кризис, приведший к исчезновению крупных копытных, освоили земледелие и скотоводство, создали новую экологическую нишу. Человечество все активнее перестраивало экосистемы, все больше вовлекало в биогеохимические циклы запасы планеты - полезные ископаемые.
Анализируя возможности все возрастающей мощи цивилизации, В. И. Вернадский пришел к выводу о том, что человечеству как разумной части живого вещества придется взять на себя ответственность за будущее планеты. Во взаимодействии природы и общества все должно измениться: и биогеохимические циклы, и способность природы обеспечивать потребности человечества. Все это должно делаться целенаправленно с участием разума. Новое состояние биосферы В. И. Вернадский назвал ноосферой -сферой разума. Все живые организмы приспосабливаются к изменяющейся окружающей среде, но человек включает в этот процесс разум.