Проблемы экологии пути решения

1. Понятие биосферы. Компоненты биосферы. Общие свойства биосферы.

I. Характеристика и состав биосферы.

В буквальном переводе термин "биосфера" обозначает сферу жизни, и, в таком смысле, он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 - 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоис-пытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых орга-низмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологиче-скими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой при-роды от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не за-мечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых

организмов в образовании земной коры, был Ж. Б. Ламарк (1744 - 1829). Он подчеркивал, что все вещест-ва, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря дея-тельности живых организмов.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, поч-воведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те

элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким

физиологом Пфефером (1845 - 1920) трех способов питания живых организмов:

автотрофное - построение организма за счет использования веществ неорганической природы;

гетеротрофное - строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;

Микотрофное - смешанный тип построения организма (автотрофно - гетеротрофный).

Биосфера (в современном понимании) - своеобразная оболочка Земли, содержащая всю сово-купность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Атмосфера - наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

тропосфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9-17 км). В нем сосре-доточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

стратосфера;

ноносфера - там "живое вещество" отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2(78%), O2(21%), CO2(0,03%).

Гидросфера - водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсе-местно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мг/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl-, S, C. Кон-центрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для расти-тельных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

Литосфера - внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки ор-ганизмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной ко-ры и 92% ее объема, однако, кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразую-щих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора - это "царство" кислорода, химически свя-занного в ходе геологического развития земной коры.

Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздей-ствии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факто-ры все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследовани-ях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов приро-ды с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным.

Поэтому на рубеже ХIХ - ХХ вв. в науку все шире проникают идеи

холистического, или целостного, подхода к изучению природы, которые в

наше время сформировались в системный метод ее изучения.

Результаты такого подхода незамедлительно сказались при исследовании общих проблем воз-действия биотических, или живых, факторов на

абиотические, или физические, условия. Так, оказалось, например, что

состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав на-шей атмосферы.

Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере ме-няет лик нашей Земли.

Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, с одной стороны зависит, а с другой - сама воздействует на нее. Поэтому перед естествоиспытателями возникает задача - конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое

вещество влияет на физико-химические и геологические процессы,

происходящие на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный

подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы.

Такую задачу как раз и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Ива-нович Вернадский (1863 - 1945).

II. В.И.Вернадский о биосфере и "живом веществе".

Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью,

увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.

Это воздействие сказывается прежде всего в создании многочисленных новых видов культур-ных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо

превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого веще-ства в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу еди-ного целого.

По мнению В.И.Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, кото-рые характеризуют живые тела и продукты их

жизнедеятельности:

открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений,

связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как

отличительной особенности живых тел;

явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, кото-рые В.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокос-ные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и тес-нейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процес-сов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном