1. Научная деятельность в.И. Вернадского, приведшая к возникновению теории о биосфере.

Термин «биосфера» был введён авторитетным австрийским геологом Э. Зюссом в 70-х годах XIX в. Биосфера по определению Зюсса – это внешняя оболочка земного шара, населённая живыми организмами.

Биосфера в переводе с греческого означает «биос» - жизнь, а «сфера» - шар.

Коренной переворот в представлении о биосфере внёс русский учёный В.И. Вернадский. Он создал целостное учение о биосфере Земли, основы которого изложил в книге «Биосфера», вышедшей в 1926г. и состоящей из двух очерков: «Биосфера в космосе» и «Область жизни». Эпиграфом к этой книге были взяты стихи Ф. Тютчева, 1865 г.

Невозмутимый строй во всём,

Созвучье полное в природе.

В начале своей научной деятельности В.И. Вернадский принимал участие в почвоведческих экспедициях В.В. Докучаева. Большая практическая деятельность в области минералогии и геохимии привела Вернадского к идее биогеохимических циклов и понятию геохимической энергии жизни. Он обращает внимание на постоянную миграцию и круговорот атомов химических элементов в земной коре. В конечном итоге это явление миграции атомов является причиной всех геологических изменений оболочки Земли и определяет «лик планеты». В 1916-1917 гг. зарождается новая область знаний – биогеохимия – исследование явлений жизни в атомном аспекте в связи с геологической историей нашей планеты, с «организованностью» её верхних оболочек. Отец этой новой области знаний – В.И. Вернадский.

С другой стороны Вернадский обращает внимание на то, что основную роль в миграции атомов химических элементов играют живые организмы. Он подошёл к научным проблемам, имеющим помимо большого научного значения не меньшую философскую значимость – к биогеохимическим процессам, к положению жизни на Земле, к её влиянию на геологические, главным образом, геохимические процессы, к механизму биосферы. Учёный делает вывод о том, что биосфера – это могущественная геохимическая сила, формирующая географическую оболочку Земного шара. Это положение является краеугольным камнем учения Вернадского.

2. Характеристика биосферы по Вернадскому.

Биосфера включает в себя часть атмосферы на высоту до 10-15 км, всю гидросферу до глубины 12 км и верхний слой литосферы на глубину до 5 км. В последнее время в связи с освоением космоса верхний предел биосферы неизмеримо вырос.

В.И. Вернадский определяет биосферу как определённую оболочку всех тех планет, на которых вследствие стечения благоприятных обстоятельств возникла и существует жизнь. Это и есть непосредственная среда жизни человека, то, что он в обиходной речи называет «природой».

«Лик Земли становится виден благодаря проникающим в него световым излучениям небесных светил, главным образом Солнца», - пишет Вернадский. Излучения, идущие из космоса, непрерывно льющиеся на Землю, - это мощный поток сил. Благодаря им, вещество биосферы проникнуто энергией, оно становится активным. По существу, биосферу можно рассматривать как область земной коры, занятую «трансформаторами», переводящими космические излучения в действенную земную энергию – электрическую, химическую, механическую, тепловую и т.д.

Солнце имеет ультрафиолетовые, световые и тепловые волны.

Короткие ультрафиолетовые волны губительны для жизни, но они в значительной степени задерживаются в верхних разреженных частях газовой оболочки – стратосфере – экраном озона. «Жизнь, создавая в земной коре свободный О₂, тем самым создаёт озон и предохраняет биосферу от губительных коротких излучений небесных светил».

Электрические и магнитные проявления верхних слоёв стратосферы видны нам в виде северного сияния и зарниц.

Длинные волны инфракрасных лучей создают для жизни необходимую теплоту, в аккумуляции и распределении которой играют значительную роль дождевые и снеговые осадки, океан, озёра, реки. Так, океан нагревается вследствие большой теплоёмкости и медленно отдаёт собранное тепло благодаря своей теплопроводности. Нагреваются, охлаждаются и перемещаются также воздушные массы.

Лучистая световая энергия Солнца является главным источником энергии биосферы. Фотосинтез зелёных растений «солнечным лучом» создаёт в биосфере бесконечное число новых химических соединений – многие миллионы различных комбинаций атомов – и непрерывно с непостижимой быстротой покрывает её мощной толщей живых молекулярных систем. Этот процесс длится сотни миллионов лет. В него вовлекается значительная часть атомов, составляющих материю земной поверхности.

«На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые вцелом», - говорил Вернадский. Следовательно, всё живое вещество, т.е. совокупность всех живых организмов, есть особая область накопления свободной химической энергии в биосфере и превращение в неё излучений Солнца.

Прекращение жизни было бы неизбежно связано с прекращением химических изменений. Исчез бы свободный О₂, уменьшилось бы количество СО₂, Н₂О без них стала бы химически малодеятельной.

«Лик Земли стал бы также неизменен и химически инертен, каким является неподвижный лик Луны», - писал В.И. Вернадский.

Внутренняя энергия, производимая жизнью, проявляется в переносе химических элементов и в создании из них новых тел. «Я буду, - говорил В.И. Вернадский, - называть её геохимической энергией жизни в биосфере».

Эта энергия выражается в движении живых организмов путём размножения, идущего в биосфере непрерывно, с удивительной математической правильностью. В результате живое вещество растекается по всей поверхности Земли, включая гидросферу и тропосферу. Особенно быстро размножаются одноклеточные организмы.

Процесс размножения замирает только при недостатке О₂ в окружающей среде, при недостатке пищи, при действии низких температур, при отсутствии места для обитания новых организмов. Если бы не было этих препятствий, всякий организм мог бы в определённое время покрывать весь земной шар.

Вернадский вычислил время, необходимое разным организмам «для захвата поверхности планеты». Он назвал его скоростью передачи жизни. По его данным скорость размножения составляет:

для бактерий (на примере холерного вибриона) - 1,25 суток;

для зелёного планктона - 183 суток;

для больших водорослей - 79 лет;

для цветковых растений (клевер) - 11 лет;

для инфузории туфельки - 67,3 суток;

для мухи домашней - 1 год;

для курицы - 18 лет;

для свиньи домашней - 8 лет;

для свиньи дикой - 56 лет;

для крысы - 8 лет;

для слона - 100 лет.

Из сопоставления видно, что более мелкие организмы размножаются быстрее крупных; домашние животные размножаются быстрее диких.

Площадь, необходимая для жизни и нормального размножения, тоже различна для каждого организма. Так, для характеристики на поверхности водоёма или протококка на стволе дерева, она равна их размерам. Слону нужно до 30 км², пчеле – 200 м², злаковому 26 см². Если судить по приведённым цифрам, то травам необходима небольшая площадь. Следует, однако, учесть, что травы, как и деревья, поднялись в воздушную среду, где используют площадь равную площади листовой поверхности. А листовая поверхность превышает указанную выше в несколько раз. Поэтому возможна такая густота растительного покрова, что можно сказать: «Луч, падая на Землю, всюду встречает ловящий его организм».

Несмотря на это, зелёные растения используют всего около 1% падающей лучистой энергии. Если интенсивно культивировать одноклеточные организмы, использование может быть поднято до 2% и выше.