Биосфера. Ноосфера. Человек

Введение

Академик Владимир Иванович Вернадский – великий русский ученый, естествоиспытатель и мыслитель, создатель новых научных дисциплин, учения о биосфере, учения о переходе биосферы в ноосферу. С именем В. И. Вернадского связано вхождение в науку революционных научных представлений, намного опередивших свое время и послуживших основой их плодотворного развития в наши дни.

В 1945 году, незадолго до смерти, этот крупнейший ученый внес выдающийся вклад в развитие современной картины мира. В те годы его идеи о превращении биосферы Земли в сознательно организуемую и управляемую человеком ноосферу не были оценены по достоинству. Но со временем, когда предсказанные им явления стали нарастать с головокружительной быстротой, значение учения о ноосфере, об органическом единстве природы и общества, о том, что в условиях возросшего технологического могущества людей природа уже не может существовать и развиваться без сознательного управления ее жизнью со стороны человечества, стало очевидным.

Концепция биосферы – ноосферы представляет собой итог всего научного творчества ученого, его мировоззрение. Она служит научным фундаментом в разработке ряда современных глобальных проблем, и, прежде всего проблем окружающей человека среды и разумного использования природных богатств биосферы.

Благодаря работам В. И. Вернадского и дальнейшим исследованиям поставленных им вопросов сегодня каждый ученый, вооруженный геохимическими и космохимическими знаниями, видит эволюцию Земли и Космоса, как исторический процесс развития, который охватывает во взаимосвязи все явления живой и неживой природы. При совместном их рассмотрении возникает особая позиция естествоиспытателя в отношении развития явлений жизни.

В. И. Вернадский дал миру своеобразное философское направление общечеловеческого значения: активно-эволюционную, ноосферную, космическую мысль.

1. Состав и свойства биосферы

Биосфера – это часть оболочек земного шара, населенная живыми организмами и активно преобразующаяся ими.

Термин «биосфера» впервые применил австрийский геолог Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую «Лик Земли». Представление о широком влиянии жизни на природные процессы было сформулировано

В. В. Докучаевым, который показал зависимость процесса почвообразования не только от климата, но и от совокупного влияния растительных и животных организмов. Заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит русскому академику В. И. Вернадскому. Он разработал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в которой основной ход геохимических и энергетических процессов определяется живым веществом – совокупностью всех живых организмов планеты. В. И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на сами организмы, но и на среду их обитания. Это придало концепции биосферы биогеохимический смысл. До этого все явления, меняющие в масштабе геологического времени облик Земли, рассматривались как чисто физические, химические или физико-химические (размыв, растворение, осаждение, выветривание пород и т. д.). В. И. Вернадский создал учение о геологической роли живых организмов и показал, что деятельность последних является важнейшим фактором преобразования минеральных оболочек Земли. С именем В. И. Вернадского связано создание социально-экономической концепции биосферы, отражающей ее превращение на определенном этапе в ноосферу. Это связано с деятельностью человека, которая приобретает роль самостоятельной геологической силы.

Согласно В. И. Вернадскому, биосфера – это такая оболочка, в которой существует и существовала в прошлом жизнь и которая подвергалась и подвергается воздействию живых организмов. Он выделил следующие геологически взаимосвязанные типы веществ, входящих в состав биосферы:

– живое вещество, образованное совокупностью организмов, включая человека;

– биогенное вещество, которое создается и перерабатывается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, сланцы, известняки и др.);

– косное вещество, которое образуется без участия живых организмов (продукты тектонической деятельности, метеориты);

– биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

Границы биосферы определяются областью распространения живых организмов в атмосфере, гидросфере и литосфере. Верхняя граница биосферы проходит примерно на высоте 20 км, т. е. живые организмы расселены в тропосфере и нижних слоях стратосферы. Лимитирующим фактором расселения в атмосфере является нарастающая с высотой интенсивность ультрафиолетовой радиации. Все живое, проникающее выше границы озонового слоя, погибает. В гидросферу биосфера проникает на всю глубину Мирового океана, что подтверждается обнаружением живых организмов и органических отложений до глубины 10 – 11 км. В литосфере живые организмы обнаруживаются на глубине 3 – 5 км.

Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена:

– Почвой и подстилающими ее породами до глубины, где еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства.

– Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни.

– Водной средой – океаны, реки, озера и т. п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которых не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

– стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

– обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

Эти закономерности проявляются прежде всего в стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски приспособленные к их жизни пространства, создавала экосистему или ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои границы в планетарном масштабе и биосфера.

При общем рассмотрении биосферы, как планетарной экосистемы, особое значение приобретает представление о ее живом веществе, как о некой общей живой массе планеты.

Под живым веществом В. И. Вернадский понимает все количество живых организмов планеты как единое целое.

Его химический состав подтверждает единство природы – он состоит из тех же элементов, что и неживая природа, только соотношение этих элементов различное и строение молекул иное.

Свойства биосферы

Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры.

Биосфера – централизованная система.

Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).

Биосфера – открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии из вне.

Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.

Биосфера – саморегулирующаяся система, для которой, как отмечал Вернадский, характерна организованность. В настоящее время это свойство называется гомеостазом, понимая под ним способность возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов

Опасность современной экологической ситуации связана прежде всего с тем, что нарушается линия механического гомеостаза и принцип Ле-Гиателье-Брауна, если не в планетарных, то в крупных региональных масштабах. Результат – распад экосистем, либо появление неустойчивых, практически лишенных свойств гомеостаза систем типа агроценоза или урбанизированных комплексов.

Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием.

Разнообразие – важнейшее свойство всех экосистем. Биосфера как глобальная экосистема, характеризующаяся максимальным среди других систем разнообразием. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом. Это условие так универсально, что сформировалось в качестве закона.

Важнейшее свойство биосферы – наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.

2. Живое вещество биосферы

«На земной поверхности нет химической силы, могущественней по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Что принципиально отличает нашу планету от какой-либо другой планеты Солнечной системы? Наявность жизни. «Если бы на Земле не было жизни, лицо ее было бы точно также неизменным и химическим инертным, как недвижимое лицо Луны, как инертные обломки небесных светил».

Живое вещество биосферы есть совокупность всех ее живых организмов. Как ученый В. И. Вернадский понимает, что объект его исследований требует некоторых характеристик, а поэтому отмечает: «Я буду называть совокупность организмов, сведенных к массе, химического состава и энергии, живым веществом». Живое вещество в его понимании – это форма активной материи, и ее энергия тем больше, чем больше масса живого вещества. Понятие «живое вещество» ввел в науку В. И. Вернадский и понимал над ним совокупность всех живых организмов планеты.

Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, которую можно было бы сравнить разве что с огненным потоком лавы, но энергия лавы не долговременна.

В живом веществе, благодаря присутствию ферментов, химические реакции происходят в тысячи, а иногда и в миллионы раз быстрее, чем в неживой. Для жизненных процессов характерно то, что полученные организмом вещества и энергия перерабатываются и отдаются в значительно больших количествах. Например, масса насекомых, которых съедает синица за день, равна ее собственной массе, а некоторые гусеницы употребляют и перерабатывают за сутки в 200 раз больше еды, чем весят сами.

Индивидуальные химические элементы (белки, ферменты, а иногда и отдельные минеральные соединения синтезируются только в живых организмах).

Живое вещество стремится заполнить собой все возможное пространство. В. И. Вернадский называет две специфические формы движения живого вещества:

а) пассивную, которая осуществляется размножением, и присуща как животным, так и растительным организмам;

б) активную, которая осуществляется за счет направленного движения организмов (меньшей мерой характера для растений).

Живое вещество проявляет значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. В природе известно более 2 млн. органических соединений, которые входят в состав живого вещества, тогда когда количество минералов неживого вещества составляет около 2 тыс., то есть на три порядка ниже.

Живое вещество представлено дисперсными телами – индивидуальными организмами, каждый из которых имеет свой собственный генезис, свой генетический состав. размеры индивидуальных организмов колеблется от 2 нм у наименьших до 100 м (диапазон более 109). Крупнейшими из растений считаются секвойи, а из животных – киты. По мнению Вернадского, минимальные и максимальные размеры организмов определяются граничными возможностями их газового обмена со средой.

Будучи дисперсным, живое вещество никогда не попадается на Земле в морфологически чистой форме, например в виде популяционного вида. Она может существовать только в виде биоценоза: «… даже простенький биоценоз какого-то сухого соснячка на песочке есть группировка, которая состоит приблизительно из тысячи видов живых организмов».

Живое вещество в лице конкретных организмов, в отличие от неживого, осуществляет на протяжении своей исторической жизни грандиозную работу. По сути, только биогенные вещества метабиосферы – это интеграл массы живого вещества, тогда как масса неживого вещества земного происхождения является величиной постоянной в геологической истории: 1 г архейского гранита и сегодня остается 1 г того же вещества, а та же масса живого вещества, то есть 1 г, на протяжении миллиардов лет существовала за счет изменения поколений и все это время выполняла геологическую работу.

3. Ноосфера – новая стадия эволюции биосферы

Высокая степень замкнутости биотического круговорота и биологическая регуляция окружающей среды – закономерный результат эволюции биосферы. Эволюция биосферы состоит из добиотической фазы, в ходе которой химическая эволюция подготавливала возникновение жизни, и собственно биологической эволюции. Согласно сложившимся представлениям последовательность основных этапов такова

Добиотическая эволюция:

1. Образование планеты и ее атмосферы (около 4,5 млрд лет назад). Первичная атмосфера имела высокую температуру, была резко восстановительной и содержала водород, азот, пары воды, метан, аммиак, инертные газы, возможно, диоксид углерода, цианистый водород, формальдегид и другие простые соединения.

2. Возникновение абиотического круговорота веществ в атмосфере за счет ее постепенного остывания и энергии солнечного излучения. Появляется жидкая вода, формируется гидросфера, круговорот воды, водная миграция элементов и многофазные химические реакции в растворах. Благодаря автокатализу происходит образование и рост молекул.

3. Образование органических соединений в процессах конденсации и полимеризации простых соединений углерода, азота, водорода, кислорода за счет энергии ультрафиолетового излучения Солнца, радиоактивности, электрических разрядов и других энергетических импульсов. Аккумуляция лучистой энергии в органических веществах в результате фотохимических реакций.

4. Возникновение круговорота органических соединений углерода, включающего реакции аккумуляции солнечной энергии и окислительно-восстановительные реакции. Дальнейшее усложнение органических веществ и появление устойчивых комплексов макромолекул, обладающих способностью к редупликации; возникновение молекулярных систем самовоспроизведения.

Биотическая эволюция:

5. Возникновение жизни (около 3,5 млрд лет назад). Структуризация белков и нуклеиновых кислот с участием биомембран приводит к появлению вирусоподобных тел и первичных клеток, способных к делению, – сначала хемоавтотрофных прокариот, затем – эукариот. Возникает биотический круговорот и формируются биосферные функции живого вещества.

6. Развитие фотосинтеза и обусловленное им изменение состава среды: биопродукция кислорода служит причиной постепенного перехода к окислительной атмосфере. Ускоряется биогенная миграция элементов. Появление многоклеточных организмов, наземных растений и животных приводит к дальнейшему усложнению биотического круговорота. Возникают сложные экологические системы, содержащие все уровни трофической организации. Достигается высокая степень замкнутости биотического круговорота.

7. Увеличение биологического многообразия и усложнение строения и функциональной организации живых существ и биосферы в целом. Организмами заняты все экологические ниши на планете. Полностью сформировались средообразующая функция биосферы и биологический контроль ее гомеостаза. Преобразование среды вследствие деятельности организмов оказывает обратное действие на биоту и уравновешивается ее средорегулирующей функцией.

8. Появление человека – лидера эволюции. Возникновение и развитие человеческого общества, вовлечение в техногенез непропорционально больших (по мерам биосферы) потоков вещества и энергии нарушает замкнутость биотического круговорота, вызывает антропогенные экологические кризисы и становится негативным фактором эволюции.

В современную эпоху наступил качественно новый этап развития биосферы, когда деятельность человека, преобразующая поверхность Земли, по своим масштабам стала соизмеримой с геологическими процессами. Как отмечал В. И. Вернадский, биогеохимическая роль человека за последнее столетие стала значительно превосходить роль других, наиболее активных в биогеохимическом отношении организмов.

В 1944 г. В. И. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу – высшую стадию развития биосферы, связанную с возникновением и развитием в ней цивилизованного человечества. Этап, когда разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития на Земле.

Термин «ноосфера» был предложен французским естествоиспытателем Э. Леруа в середине 1920-х гг. По мнению Э. Леруа, ноосфера характеризует процесс перехода биосферы в новое эволюционное состояние под воздействием человека. На творчество Э. Леруа оказала сильное влияние работа В. И. Вернадского «Автотрофность человечества», опубликованная на французском языке в 1925 г. В ней обращалось внимание на особую роль человека в преобразовании биосферы, переводе ее в качественно новое состояние. «В биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетарное действие которой обычно не принимается во внимание. Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его, как существа общественного», – писал великий ученый

Определенное развитие концепция ноосферы получает в работах другого французского ученого и философа П. Тейяр де Шардена, особенно в его книге «Феномен человека». Ноосфера, в его трактовке, возникает и развертывается вне биосферы. Это пласт мыслей, «обволакивающий» планету.

Новое содержание понятию «ноосфера» придал В. И. Вернадский в последние годы своей жизни. Для него ноосфера – такое же материальное образование, как и биосфера. Он писал: «Наблюдается интенсивный рост влияния одного вида живого вещества – цивилизованного человечества – на изменение биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние – в ноосферу».

Представление о ноосфере позволяет раскрыть перспективу современной цивилизации, вырастающую из осмысления развития природы и человеческой деятельности. Оно ориентирует человечество в оптимальном выборе пути дальнейшего развития – в гармонии с природой. В эпоху ноосферы развитие общества должно достичь определенной устойчивости, ибо предполагается, что развитие цивилизации происходит с обязательным учетом природных основ и гуманистических ценностно-мировоззренческих установок.

Ноосфера – это порождение разума человека, и ее развитие должно основываться на высшем проявлении интеллекта – научном познании, на глубоко продуманных и аргументированных действиях людей. В наше время благодаря науке человек становится решающей силой в общем эволюционном процессе и круговоротах биосферы. Свои биосферные функции он сможет выполнить именно в эпоху ноосферы. В. И. Вернадский, поднимая проблему регулирования обмена веществ с биосферой, имел в виду не только естественные взаимоотношения человека с природной средой, но и связи, обусловленные социальной деятельностью человека. Эти идеи оказались чрезвычайно актуальными в современных условиях. Они все в большей степени находят отражение в способах решения проблем социальной экологии.

Основные предпосылки перехода биосферы в ноосферу:

– высокий уровень развития науки, всесторонняя обоснованность любой человеческой деятельности;

– политическое единство человечества, исключающее войны из жизни людей;

– высокое качество жизни людей в самых разных частях нашей планеты;

– социальное равенство людей на Земле, исключающее национализм, расизм, нищету, эксплуатацию;

– развитость средств массовой информации и коммуникаций;

– наличие альтернативных технологий, источников энергии, особенно эффективных способов утилизации энергии Солнца.

Ноосфера – это становление качественно нового состояния в ходе эволюции планеты, когда процессы и явления биосферы в конечном счете направляются человеческим интеллектом. В этот период определяются способы и средства целенаправленного, двуединого развития биосферы и общества, обеспечивающие их гармоничное развитие

Список использованной литературы

1. Акимова Т. А. Экология: учеб. для вузов / Т. А. Акимова, В. В Хаскин. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001
2. Большаков В. Н. Экология: учеб. для вузов / В. Н. Большаков; под Ред. Г. В. Тягунова, Ю. Г. Ярошенко. М.: Интермет Инжиниринг, 2000
3. Вернадский В. И. Биосфера и ноосфера [Текст] / В. И. Вернадский. М.: Айрис-Пресс, 2003.
4. Никаноров А. М. Экология [Текст]: учеб. пособие для студентов вузов и специалистов-экологов / А. М. Никаноров, Т. А. Хоружая. М.: ПРИОР, 1999.
5. Слинкина М. В. Человек и окружающая среда. Учеб. пособие Екатеринбург 2008