Тема 1 биосфера

Экология – это наука об общих закономерностях организмов и среды. Термин «экология» ввел в 1866 году немецкий биолог Эрнест Геккель, который следующим образом раскрыл сущность этой науки: «Это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантогонистические и антогонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом. Одним словом, экология – это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые- Ч. Дарвиным как условия борьбы за существования».

Автор обращает особое внимание на экономику природы, т.е. на ее энергетическую сторону, а также на взаимосвязи и взаимоотношения между собой и живыми организмами.

Согласно современным представлениям «экология изучает совокупность живых организмов, взаимодействующих друг с другом и образующих с окружающей средой обитания некое единство, (т. е. систему), в пределах которого осуществляется процесс трансформации энергии и органического вещества (Федотов, Гильманов, 1980).

Взаимоотношения организмов со средой изучают на разных уровнях: особи, популяции, биоценоза и т.д. (аутоэкология, популяционная экология и синэкология).

Значение экологии как научной основы природопользования, охраны окружающей среды постоянно возрастает в связи с тем, что деятельность человека, научно-технический прогресс ведут к нарушению целостности природных компонентов, экосистем, сложившихся в процессе эволюции.

Экологические проблемы в силу взаимосвязи факторов в конечном итоге носят общепланетарный характер, они затрагивают интересы всех стран, независимо от уровня их экономического развития. Взаимодействие человека и природы носит конкретно-исторический характер. Оно меняется с развитием производительных сил в обществе в целом. Следует рассматривать природную и социально-экономическую среду человека как единую окружающую среду во всей совокупности ее исторического развития. К. Маркс писал, что историю можно рассматривать с двух сторон – ее можно разделить на историю природы и историю людей. Однако обе эти истории неразрывно связаны: до тех пор, пока существуют люди, история природы и история людей взаимно обуславливают друг друга.

Взаимодействие общества с окружающей средой, сохранение биосферы для блага людей является в настоящее время одной из актуальных проблем исторического развития. В условиях интенсивного научно-технической развития, ускоренного роста индустриального производства масштабы и острота проблемы сохранения биосферы необычайно возросли. От ее решения в конечном счете зависит будущее человечества.

1. Биосфера как область существования живого вещества

Академик В.И. Вернадский заложил основу новой естественнонаучной картины мира и показал закономерности его естественноисторического развития как грандиозного космического процесса.

По В.И. Вернадскому, «биосфера представляет собой оболочку жизни – область существования живого вещества». Она включает как область распространения живого вещества, так и само это вещество. Биосфера возникла 3,5 – 4,5 млрд. лет назад.

В.И. Вернадский считал, что важнейшими компонентами биосферы являются следующие:

• Живое вещество – растения, животные микроорганизмы;

• Биогенное вещество – органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории: каменный уголь, горючие сланцы, торф, нефть и др.;

• Косное вещество – горные породы неорганического происхождения и вида, представляющие субстрат или среду обитания живых организмов;

• Биокосное вещество – результат синтеза живого и неживого (косного вещества: осадочные породы, кора выветривания, почвы, илы (подводные почвы) и др. Соотношение живого и неживого в биокосном веществе варьирует. Например, почва содержит в среднем 93% минеральных (косных) и 7% органических (живых и биогенных) веществ.

Таблица 1

Характер и локализация процессов, осуществляемых живым веществом

Род геологической деятельности	Характер процесса	Где протекает процесс
		Внутри организма	Вне организма
I	Химический (биохимический)	Переваривание пищи, построение тела организма	Выделение во внешнюю среду продуктов метаболизма в экосистемах; внеклеточное пищеварение
II	Механический	Пропускание через желудочный тракт грунтоедов и илоедов неорганических компонентов пищи, не подверженных перевариванию.	Переваривание неживого вещества организмами в ходе жизнедеятельности.

В.И. Вернадский раскрыл огромную геологическую роль живых организмов, жизни (фактор планетарного масштаба) в создании газового состава атмосферы, в формировании осадочных горных пород, вод Земли. К биосфере относят наружную область планеты Земля, в которой не только отсутствует жизнь, но которая в той или иной мере видоизменена или сформирована жизнью, т.е. биосфера не есть просто сочетание абиотической области распространения живого вещества и живых существ, но тесное их взаимодействие.

Биосфера включает в себя такие компоненты, как атмосфера (точнее, ее нижняя часть, тропосфера, гидросфера, литосфера, флора и фауна (живое вещество). Для каждого компонента характерны свои уровни организации, однако, все они имеют общее исходное начало – это атомы химических элементов.

Верхняя граница биосферы охватывает нижние слои атмосферы до высоты озонового экрана (в среднем до высоты 20 км), где задерживается большая часть ультрафиолетовой радиации, которая губительно действует на живые организмы. Нижний предел существования живых организмов – 3-3,5 км (бактерии в водах нефтяных скважин). В Мировом океане живые организмы обнаружены на глубине более 11 км. Наиболее благоприятные условия для жизни организмов на поверхности суши, в прилегающих к ней слоях атмосферы и в приповерхностных слоях морей и океанов.

Ежегодная продукция органического вещества, создаваемого на планете живыми организмами, достигает колоссальной величины, значимой в геологическом масштабе – 83 млрд. т., при этом живые организмы активно влияют на структуру и химический состав поверхностного слоя Земли.

Живое на Земле выполняет важнейшую функцию планетарного масштаба – связывание и запасание солнечной энергии, которая необходима для множества других биохимических процессов в биосфере.

В.И. Вернадский впервые показал, что с появлением биосферы все химические реакции на планете проистекают или при непосредственном участии живого вещества, или в среде, физико-химические условия которой обусловлены деятельностью живых организмов (табл.1)

Живые организмы производят огромную работу по перераспределению вещества земной коры и созданию новых химических соединений. Живые организмы вовлекают в процесс круговорота кислорода, углерода и азота также большие массы минеральных веществ и различных химических элементов, превращая их в биогенное вещество.

Геолог А.В. Лапо (1979) наглядно представил основные функции живого вещества биосферы, сформулированные В.И. Вернадским в следующем виде (табл 2) Энергетическая функция биосферы совершенно справедливо стоит в таблице на первом месте.

Таблица 2

Основные функции живого вещества биосферы

№	Функция	Краткая характеристика происходящих процессов
1	Энергетическая	Поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, а химической энергии – путем разложения энергонасыщенных веществ; передача энергии по пищевой цепи разнородного живого вещества
2	Концентрационная	Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов веществ: 1. Используемых для построения тела организма; 2. Удаляемых из него при метаболизме.
3	Деструктивная	Минерализация необиогенного органического вещества; 2. Разложение неживого неорганического вещества; 3. Вовлечение образовавшихся веществ в биологический круговорот
4	Средообразующая	Преобразование физикохимических параметров среды (главным образом за счет необиогенного вещества)
5	Транспортная	Перенос веществ против градиента силы тяжести и в горизонтальном направлении

Историческое развитие человечества неразрывно связано с будущим природы нашей планеты, с развитием биосферы.

В.И. Вернадский представляет процесс развития взаимоотношений общества и природы как естественноисторический, объективный процесс, в результате которого возникает качественно новое состояние биосферы.