Биосфера: структура и свойства

Биосферой называют всю совокупность живых организмов на Земле и все объемное пространство, заселенное ими, находящееся под их воздействием и занятое продуктами их жизнедеятельности. Биосфера является глобальной экосистемой, которая занимает верхнюю часть литосферы (земной коры), гидросферу и нижнюю часть атмосферы.

Термин «биосфера» впервые появился во второй половине XIX в. в трудах австрийского ученого-геолога Э. Зюсса, который называл так «тонкую пленку жизни» на земной поверхности. Однако фундаментальные исследования эволюции биосферы принадлежат российскому ученому В.И. Вернадскому. Именно он стал основателем учения о биосфере и доказал, что все три оболочки Земли (литосфера, гидросфера, атмосфера) связаны воедино и приобрели современный облик и состав благодаря грандиозной работе живых организмов. Они многократно (миллионы раз) пропустили через себя весь объем Мирового океана, создали почву, наполнили атмосферу Земли кислородом, оставили после себя километровые толщи осадочных пород, в том числе топливно-энергетические ресурсы. Таким образом, биосфера — земная оболочка живых организмов, сформированная при непосредственном их участии.

Согласно теории В.И. Вернадского, в состав биосферы кроме биоты входит биогенное вещество — остатки организмов на разных стадиях деструкции, органические и минеральные продукты их жизнедеятельности и биокосное вещество — продукты переработки горных и осадочных пород живыми организмами.

Структурными единицами биосферы являются экосистемы и биогеоценозы.

Активную часть биосферы, представленную живыми организмами, называют экзосферой. Ее населяют примерно 1 млн. видов животных и около 340 тыс. видов растений; при этом 93% всех видов растений и животных живут на суше.

Биомасса экзосферы поддерживается на относительно постоянном уровне на протяжении сотен миллионов лет (около 2 трлн. тонн органического сухого вещества). Происходит это за счет лимитирования биомассы (по веществу) в процессе круговорота биогенных элементов1 под воздействием потока солнечной энергии.

Таким образом, за счет естественных процессов в биосфере — синтеза и разложения органических веществ обеспечивается устойчивость биосферы в масштабе геологического времени. Это обстоятельство является важнейшим условием глобальной экологической безопасности — экологического равновесия.

Синтез и разложение органических веществ осуществляются различными видами живых организмов. Эти виды, а также их сообщества были отобраны в ходе эволюции биосферы. «Избранные» сообщества и сформированные ими абиотические компоненты окружающей природной среды составляют современную биосферу Земли.

Поскольку биота поддерживает определенный химический состав природной среды, ее деятельность должна подчиняться принципу Ле Шателье: при возникновении внешних возмущений, нарушающих состояние окружающей среды, в биоте должны возникать процессы, компенсирующие это возмущение. Компенсация возмущения в биосфере может происходить за счет направленного изменения соотношения между синтезом и разложением органических веществ.

Однако компенсация возмущений окружающей среды может осуществляться только неизмененной (невозмущенной) или слабо измененной биотой. Например, в случае замещения естественных видов культурными теряется возможность не только компенсировать возникшее возмущение, но и обеспечить полностью замкнутый круговорот веществ.

Итак, биосфера — фундаментальное понятие экологии — означает оболочку жизни, живое вещество которой выполняет роль трансформатора, переводящего космическую энергию в различные виды земной энергии: электрическую, химическую, механическую, тепловую и пр.

Учение о ноосфере

К середине XX в. стало вполне очевидным, что человеческая деятельность по характеру своих последствий и проявлений является процессом геологическим: антропогенное воздействие изменяет химический состав и физические параметры атмосферы, гидросферы и литосферы; человек вмешивается в видовой состав живых организмов; массы вещества, перемещаемые человечеством, сопоставимы с природными потоками вещества. Идея о геологическом характере человеческой деятельности принадлежит В.И. Вернадскому. Она была представлена им в научных кругах в начале 1920-х годов. К этому времени в естествознании уже сложились представления о единстве природы и человека, их взаимообусловленности. Однако не было еще теории, которая связала бы воедино мир неживой материи и живого вещества, с одной стороны, и мир человека и общества — с другой.

Учение В.И. Вернадского о ноосфере стало связующим звеном для воспроизведения единой цельной картины мира. Развивая минералогию и геохимию, В.И. Вернадский стал одним из первых, кто понял, что облик Земли как космического тела (ландшафты, химия океана, структура атмосферы) является следствием развития жизни. Рассматривая жизнь как космическое явление, В.И. Вернадский в своем труде «Биогеохимия» описал эволюцию биосферы с момента ее возникновения.

В.И. Вернадский стал первым ученым-естественником, который систематически исследовал влияние жизни на развитие Земли, называя жизнь буфером между космосом и косным (неживым) веществом. Этот буфер способен использовать космическую энергию для преобразования планетарного вещества. Таким образом, по В.И. Вернадскому, жизнь — «живое вещество» — является катализатором процесса планетарного развития. Планета Земля и космос представляют собой единую систему, в которой живое вещество связывает в единое целое процессы, протекающие на Земле, с процессами космического происхождения. За счет энергии Солнца возникли так называемые геохимические циклы, или круговорот веществ в природе, начали возникать толщи осадочных пород, которые преобразовывались затем в ходе геологических и геохимических процессов.

Однако не феномен жизни, а феномен человека является ядром теории В.И. Вернадского. Появление человека — неотъемлемая часть картины общепланетарного развития. Породив человека, природа «избрала» еще один мощный катализатор процесса мирового развития. Однако масштабы воздействия человека на окружающую природу стали расти столь быстро, что В.И. Вернадский увидел в человеческом обществе геологообразующую силу.

Мысль о том, что человечество — катализатор процесса эволюции Земли, геологообразующий фактор развития активной оболочки земли, сила, которая способна существенно изменить состояние планеты, легла в основу учения о ноосфере — высшей стадии развития биосферы, сферы разума, в которую постепенно преобразуется земная биосфера под воздействием «силы культурного человечества».

Развивая теорию ноосферы, В.И. Вернадский указал на реальное решение глобальных экологических проблем современности: сосуществование, софункционирование, «коэволюция» биосферы и техносферы необходимы для сохранения человечества. В эпоху ноосферы «коэволюция» биосферы и общества требует от человечества регламентации хозяйственной деятельности.

Ноосферное развитие базируется на четком понимании того, что человек является частью природы и должен подчиняться ее законам. Без сохранения природы невозможно продолжение человеческого рода.

В ноосфере, как и в биосфере, более 99% энергии обмена будет затрачиваться на поддержание замкнутости круговорота веществ и сохранение качества окружающей природной среды. На развитие цивилизации остается менее 1%, т.е. меньше того, что человечество имело в условиях невозмущенной биосферы.

Законы экономики природы

Если экономика природы предполагает количественный подход к анализу экологических взаимодействий (количественный анализ круговорота веществ в природе, количественную характеристику природных условий и факторов), то в экономику природопользования входить изучение масштабов, количественных и качественных характеристик изменений в природе, которые вызваны хозяйственной деятельностью человеческого общества. При этом задачей экономики природопользования является анализ и учет при решении эколого-экономических проблем трех самых фундаментальных законов Вселенной и основанных на них законов экологии.

1. Закон всеобщей связи предметов и явлений (закон внутреннего динамического равновесия). Вещества, энергия, информация и динамические качества отдельных экологических систем, и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств экосистем, в которых эти изменения происходят, или в их иерархии.

Таким образом, в теории и практике природопользования должна быть учтена всеобщая связь предметов и явлений в природе и следствия, вытекающие из этой общей закономерности:

• любое изменение в экосистеме неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, направленных на нейтрализацию изменения;

• зависимость между компонентами экосистем носит нелинейный характер, т.е. незначительное изменение одного из компонентов системы может вызвать существенные (сильные) отклонения других составляющих;

• необратимый характер изменений в крупных экосистемах (биосфере) означает переход на новый эволюционный уровень развития. Существует так называемое правило одного процента (некоторый природный норматив допустимости отклонений в функционировании крупных экосистем), согласно которому изменение энергетики природной системы в пределах 1% выводит ее из равновесного состояния, а затем разрушает2.

2. Закон сохранения вещества и энергии («все должно куда-то деваться»). Его экологическая интерпретация включает:

• закон развития природной системы за счет окружающей ее среды, т.е. любая природная система, может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Таким образом, абсолютно изолированное саморазвитие невозможно, поэтому невозможно и абсолютно безотходное производство;

• закон неустранимости отходов или побочных воздействий, согласно которому любая хозяйственная деятельность приводит к возникновению отходов или побочных эффектов, принципиально неустранимых: они могут быть переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве.

3. Закон экономии энтропии — в той мере, насколько это касается эффективности производства и функционирования биологических систем. Принцип минимума диссипации (рассеивания), относимый как к энергии, так и к информации, реализует стратегию цивилизованной экономической свободы во взаимодействии с высокой эколого-экономической эффективностью.

Очевидно, что существует «генетическая связь» наиболее общих законов экономики и фундаментальных законов природы.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: