В вернадский о биосфере земли. Учение вернадского о биосфере

Владимир Иванович

ВЕРНАДСКИЙ

БИОСФЕРА

НООСФЕРА

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ, МЕЧТА О НООСФЕРЕ

Нет ничего сильнее жажды познания, силы сомнения... И это искание, это стремление - есть основа всякой ученой деятельности... ищешь правды, и я вполне чувствую, что могу умереть, могу сгореть, ища ее, но мне важно найти, и если не найти, то стремиться найти ее, эту правду, как бы горька, призрачна и скверна она ни была!

В. И. Вернадский

(из письма жене Н. Е. Старицкой)

Видения и провидения Вернадского

Принято делить ученых на романтиков и классиков. Первые - генераторы идей, вдохновенные творцы и фантазеры. Вторые - собиратели и обобщатели фактов, создатели обстоятельных трудов.

Владимир Иванович Вернадский - признанный классик естествознания. Он основал новые отрасли знаний: биогеохимию и радиогеологию, был одним из создателей генетической минералогии, геохимии. Никто из ученых XX века не имел соразмерных достижений. Венцом его научного творчества стало учение о биосфере, области жизни на планете. Оно явилось синтезом идей и фактов, относящихся к десяткам наук!

Ученые-романтики проявляют свои таланты в молодые годы. Например, чрезмерно прославленный физик А. Эйнштейн до тридцатилетнего возраста создал фотонную теорию света, теорию броуновского движения, специальную теорию относительности (на основе преобразования К. Лоренца). В последующие 45 лет жизни у него не было сколько-нибудь значительных открытий, не говоря уж о том, что он был автором физических теорий, а не основателем новых дисциплин или комплексных учений. Об этом приходится упоминать не для того, чтобы умалить достижения Эйнштейна - человека достойного и талантливого, но для осознания грандиозности результатов научного творчества Вернадского, который вдобавок был замечательным историком знаний и выдающимся организатором научных учреждений.

В молодые годы вспышки озарений испытывают многие мыслители. Это относится не только к поэтам, но также к математикам, физикам. В естествознании так не бывает. Оно требует, помимо всего прочего, обширной эрудиции и способности к синтезу самых разнообразных идей и фактов. Вот почему гениальное учение о биосфере оформилось в сознании Вернадского, когда творцу было уже около шестидесяти лет.

Понять этот феномен помогает, как мне представляется, одно странное событие его жизни: пророческое видение. Это произошло в начале 1920 года, когда он болел сыпным тифом и находился на грани смерти (лечивший его врач умер). Предоставим слово самому Владимиру Ивановичу: «Мне хочется записать странное состояние, пережитое мной во время болезни. В мечтах и фантазиях, в мыслях и образах мне интенсивно пришлось коснуться моих глубочайших вопросов жизни и пережить как бы картину моей будущей жизни и смерти. ... Это было интенсивное переживание мыслью и духом чего-то чуждого окружающему, далекого от происходящего. Это было до такой степени интенсивно и ярко, что я совершенно не помню своей болезни и выношу из своего лежания красивые образы и создания мысли, счастливые переживания научного вдохновения... И сам я не уверен, говоря откровенно, что все это плод моей больной фантазии, не имеющей реального основания, что в этом переживании нет чего-нибудь вещего, вроде вещих снов, о которых нам несомненно говорят исторические документы. Вероятно, есть такие подъемы человеческого духа, которые достигают того, что необычно в нашей обычной изодневности. Кто может сказать, что нет известной логической последовательности жизни после известного поступка? И м. б. в случае принятия решения уехать и добиваться Инст[итута] Жив[ого] Вещ[ества], действительно, возможна та моя судьба, которая мне рисовалась в моих мечтаниях».

В те годы страшной гражданской войны у ученого стали складываться первые соображения о планетном (он не употреблял модного ныне словца «планетарный») значении совокупности живых организмов, населяющих Землю и преображающих ее, живого вещества. Это было предчувствием учения о биосфере, которое складывалось в его подсознании, воплощаясь в яркие образы.

Выздоравливал Вернадский от тяжелой болезни в Крыму. Белая армия терпела сокрушительные поражения, несмотря на иностранную помощь. Началась поспешная эвакуация. Ученому и его семье было забронировано место на британском военном корабле (об этом позаботилось Королевское общество, в котором состоял Владимир Иванович). А у него среди видений было одно из наиболее отчетливых: морской берег, светлые здания с хорошо оборудованными лабораториями. Это - руководимый им Институт Живого Вещества, находящийся в США.

Казалось бы, настала пора реализовать свои подсознательные устремления: ехать в Англию, а затем в США. Он - ученый с мировым именем, его новаторские идеи будут поддержаны. А что ждет его на родине? Победа большевиков (в ней он не сомневался уже в 1919 году, когда ездил в штаб Деникина за ассигнованиями на Украинскую академию наук, создателем и президентом которой он являлся). Разруха и голод. Гегемония пролетариата и подозрительность к интеллигенции. Отсутствие средств на серьезные научные исследования...

Вернадский пошел наперекор судьбе. Даже предполагая свои видения вещими, он не мог избавиться от привычного духа сомнений. Решил остаться на родине. (Покинул навсегда Россию сын Георгий, обосновавшийся в США и ставший видным историком.) Институт на берегу Атлантики остался в мечтах. Владимир Иванович так и не произнес доклад «О будущности человечества» и не написал «Размышлений перед смертью», хотя и то и другое явилось ему в вещем сне.

Однако некоторые его предвидения сбылись. «Умер я между 83-85 годами, почти до конца работая над “Размышлениями”.

Я писал их по-русски». Он умер действительно в таком возрасте, в 1945 году (родился в 1863). Это документально зафиксированное свидетельство о собственной смерти производит мистическое впечатление. Ведь оно сделано за четверть века до события! До конца своих дней он работал над «Размышлениями», хотя и не «...перед смертью», а «...натуралиста» и над воспоминаниями «Пережитое и передуманное».

Не менее точно осознал Владимир Иванович свои научные достижения. В полузабытьи он вдруг ощутил свои незаурядные интеллектуальные силы. До этого, даже став академиком, он сомневался в них. А тут словно произошло внезапное озарение: «Я ясно стал сознавать, что мне суждено сказать человечеству новое в том учении о живом веществе, которое я создаю, и что это есть мое призвание, моя обязанность, наложенная на меня, которую я должен проводить в жизнь - как пророк, чувствующий внутри себя голос, призывающий его к деятельности. Я почувствовал в себе ДЕМОНА СОКРАТА. Сейчас я сознаю, что это учение может оказать такое же влияние, как книга Дарвина, и в таком случае я, нисколько не меняясь в своей сущности, попадаю в первые ряды мировых ученых...

Так почва подготовлена была у меня для признания пророческого, вещего значения тех переживаний. Но вместе с тем, старый скепсис остался».

Да, он создал учение не менее (если не более) значительное, чем эволюционное учение Дарвина. Правда, оно не оказало решительного воздействия на общественное сознание. Но это лишь подчеркивает глубину научно-философских прозрений Вернадского.

Например, специальная теория относительности была принята и понята сразу. Популяризационная шумиха вокруг нее объясняется рвением журналистов и занятной парадоксальностью некоторых ее следствий. А учение о биосфере

поначалу оценили очень немногие; за рубежом - французские мыслители Ле Руа и Тейяр де Шарден, которые, прослушав в Париже (1923 г.) лекции Вернадского по геохимии, выдвинули идею ноосферы - области духовной жизни на планете.

Каждый живой организм, обитающий на нашей огромной планете, ежедневно питается, пользуется и водой для того, чтобы в организме происходили необходимые для жизнедеятельности реакции. Все, что окружает человека, является зоной жизни для всех организмов, обитающих на Земле, что подтверждает учение Вернадского о биосфере.

Вконтакте

Истоки учения о биосферных процессах

История современных взглядов на формирование понятия биосферы и принципов ее существования разделяется два этапа . Непосредственно с моментом консолидации гипотез о космической природе всего живого на планете связаны многочисленные современные атеистические и агностические взгляды на мироздание как таковое и зарождение жизни в целом. Кто создал основные положения учения о биосфер е и какова история его термина, расскажем дальше:

Впервые общие понятия о зоне обитания биологических систем и отдельных организмов были представлены широкой общественности талантливым французским натуралистом Ж.Б. Ламарком.
1863 год. Французским исследователем Реютом применено название «биосфера» как обозначение сферы распространения жизни по поверхности .
1875 год. Целостное понятие биосферы как единства многообразных функций природы для поддержания впервые было введено австрийским геологом Эдуардом Зюссом в качестве официального термина — определения совокупности всего живого, что населяет нашу планету .
1926 год. Украинским ученым В.И. Вернадским был опубликован монументальный научный труд «Биосфера». Это революционная книга, где были определены основные принципы прогрессивного направления прикладной науки. Учение Вернадского о биосфере кратко – это новая наука о природе и обитании в ней человека как единой системы стала основой многочисленных научных дисциплин и течений, общепринятых в сфере прикладных и теоретических наук.

Работа ученого простирается в различные плоскости формирования передовых научных взглядов в области классических научных дисциплин.

Им впервые обнародованы принципы новых научных течений, которые в наши дни общепризнанны, используются самым широчайшим образом. Элементы радиогеологии, биогеохимии, учения о биосфере и ноосфере, науковедения стали базой, на которой формируется нынешняя концепция мироздания.

Благодаря выдающемуся ученому впервые был показан реальный формат жизни, разъяснено, из каких основных компонентов состоит биосфера.

Ученым впервые опытным путем была установлена и практически подтверждена роль живого вещества в биосфере. Механизмы взаимодействия является значительной частью масштабных процессов, осуществляется геохимический и биогенный обмен , миграция на атомном уровне, которая позволяет атомам участвовать в геологических, химических, физических биологических циклах.

Особенности биологического вещества

Вернадский в свое время произвел неизгладимое впечатление на мировую научную общественность. Именно ему, несмотря на многочисленных предшественников, удалось теоретически опровергнуть основы теологии . Именно религией рассматривается момент возникновения жизни на планете как результат деятельности бога – высшего разума. В.И. Вернадский и группа ученых данного направления выдвинули гипотезу о том, что живая клетка была занесена на совершенно необитаемую планету космическими телами – метеоритами, с космической пылью, а также привезена представителями инопланетных цивилизаций. Были также сформированы основные признаки живого вещества по Вернадскому и их отличие от неживой компоненты:

высокий уровень активности;
значительная скорость проходящих реакций;
быстрый обмен веществ;
живые организмы обладают свойством активного и пассивного движения.

Важно! Каждое живое существо передвигается не только под воздействием сил гравитации пассивным образом, но и против направления водных или воздушных потоков, преодолевая сопротивление этих масс, природные препятствия рельефа или особенности ландшафта.

По гипотезе ученого живая клетка была занесена на совершенно необитаемую планету.

Функции и границы биосферы

Принципиально новый подход к исследованию масштабных биологических процессов в их гармоничном сочетании с жизнедеятельностью микроорганизмов вплоть до клеточного уровня позволил определить и описать основные функции живого вещества в биосфере :

Энергетическая, состоит в накоплении и преобразовании энергетического потенциала.
Газовая. В качестве способности изменения и поддержания необходимого газового состава окружающей среды для комфортного обитания.
Окислительно-восстановительные. Как возможность интенсификации всех происходящих в пространстве процессов.
Концентрация – возможность живой ткани аккумулировать в собственном организме разрозненные атомы.
Деструкция – способность разложения на составляющие остатков органического характера и косной составляющей.
Передача вещества и концентрированной энергии как результат активного передвижения обусловлен транспортными характеристиками.
Благодаря средообразованию происходит влияние на состояние параметров физико-химического направления.
Информационные функции заключаются в накоплении, закреплении в структурах, ответственных за наследственность, данных об особенностях предков.

Функции биосферы

Согласно теории академика Вернадского главный компонент биосферы – весь комплекс живых организмов, являющихся активными существами на определенном уровне биологической системы. Живое вещество отличают определенные свойства. Это клеточная организация, обмен веществ, поддержание гемостаза. Им присущи функции движения, раздражимости, роста, развития, размножения, адаптации. Согласно теории знаменитого украинского исследователя, совершившего переворот в мировоззрении, в природе взаимодействуют три типа живой материи :

Основным движущим фактором процессов биологического обмена является движение биохимической энергии живого вещества. В соответствии с позициями учения Вернадского биосфера – результат совместного геологического и биологического развития, имеющий двоякое значение. В первую очередь биосфера является средой обитания и активной жизнедеятельности, а во вторых – результатом этих процессов.

Важно! Верхняя граница в атмосфере колеблется от 10 км на полюсах до 20-23 км на остальной поверхности Земли. Граница биосферы в литосфере находится на значительной глубине от 5 до 7 км в пещерах и глубоких разломах.

Учение Вернадского

Об основных принципах теории Вернадского

По мнению академика, зарождение жизни было синхронизировано с образованием планеты как целостного биофизического комплекса. Каков примерный возраст существующей биосферы, столько живет и наша планета. Он подтвердил наличие многочисленных взаимосвязей и закономерных процессов в сфере различных отраслей – биология, геология, биохимия, геохимия. Они гармонично сочетаются и следуют основным положениям учения Вернадского о биосфере.

Наиболее важным принципом является целостность и согласованность биосферы , определенная рядом физических констант гравитации и электромагнитных полей.
Гармония и связь биосферных процессов, преобразование энергий, движение атомов как отражение космической гармонии, ритмичность движения планет, база для биосферы есть позиция нашей планеты в космическом пространстве.
Функции космоса в трансформировании и преобразовании энергий. Источниками энергетических явлений в геологии является солнечная радиация и внутренний радиоактивный фон.
Принцип растекания жизненных процессов, аналогичных тому, как проявляется инерция в неживых предметах. Чем мельче организм, тем интенсивнее он стремится размножаться.
Уровень развития и распространения автотрофов зависит от того, насколько глубоко проникает солнечный свет, необходимый им для фотосинтеза.
Чем интенсивнее энергия , тем активнее размножение , которое имеет тенденцию уменьшения с ростом количественного показателя.
Принцип сбережения энергии, когда при первом вхождении химический элемент претерпевает разнообразные изменения, чтобы обеспечить живые организмы необходимым объемом элементов.
Поле стойкости зеленых растений определяется физико-химическими качествам соединений, из которых строятся организмы, их стойкостью при воздействии определенных условий окружающей среды, формирование предельного теплового щита.
Постоянное соотношение атмосферного кислорода и объема живой биомассы зависит от принципа устойчивости показателей равновесия энергии .

Биосфера Вернадский

Биосфера — Вернадский

Вывод

Гениальный исследователь Вернадский создал учение о биосфере и тем самым внес глобальный вклад в современное естествознание. Благодаря учению Вернадского современная наука основывается на фундаментальном характере биологической целостности естественных природных процессов, протекающих на планете. Видовая эволюция позволяет выживать и размножаться тем организмам, увеличивающим показатели биогенной геохимической энергии.

Учение Вернадского о биосфере. Концепция ноосферы

Вся жизнь на нашей планете существует только в определенных пределах тех или иных экологических систем. В свою очередь, совокупность всех водных и наземных экосистем, природных и антропогенных экосистем образует единое целое – биосферу.

Определение биосферы как особой оболочки земли и само ее название было предложено видным австрийским геологом Зюссом в 1875 г. Но подробного освещения сути и роли биосферы он не дает. Широкое и глубокое понимание биосферы было предложено отечественным ученым В.И. Вернадским (1863-1945).

Основные идеи Вернадского по проблемам биосферы сложились в начале прошлого столетия. В 1926 г. они были опубликованы в книге «Биосфера». После этого различные стороны учения о биосфере рассматривались им во многих статьях и в большой опубликованной через 20 лет после его смерти, монографии «Химическое строение биосферы земли и ее окружения».

И так, Биосфера – это своеобразная оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обменен с этими организмами.

Земля и окружающая ее среда сформировались в результате закономерного развития всей Солнечной системы. Возраст планеты составляет около 4, 6 млрд. лет. В течение этого времени на Земле происходили процессы превращения, и перемещения материи, в результате чего образовалось ряд оболочек.

Атмосфера – воздушная оболочка Земли, простирающаяся до высоты 1000 км. Более 50 % массы атмосферы сосредоточено в нижнем слое толщиной 5,5 км, а в слое толщиной 40 км – более 99%. Атмосфера обладает наименьшей массой из всех других геосфер планеты: она составляет примерно 1/1000 массы гидросферы и 1/10000 массы земной коры. Сухой чистый воздух до высоты 100 км в объемных процентах содержит 78% азота, 21% кислорода, около 1% благородных газов и 0, 003% углекислого газа. Остальные компоненты атмосферы содержатся в ней в переменных количествах. Большая часть пыли в составе атмосферы поднята с поверхности земли, но также присутствует космическая и бактериальная пыль.

Состав и свойства атмосферы на разных высотах не одинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, ионосферы.

Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космическую пыль и метеоритный материал, теряет водород и гелий. Атмосфера Земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца. Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон. Его образование и разложение связано с поглощением ультрафиолетовой радиации Солнца, которая губительна для живых организмов.

Гидросфера – водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности воды проникают повсеместно в различные природные образования. Они находятся в виде паров и облаков в земной атмосфере, формируют океаны и моря, существуют в замороженном состоянии в высокогорных районах континентов и в виде мощных ледяных панцирей покрывают полярные участки суши. Атмосферные осадки проникают в толщи осадочных пород, образуя подземные воды. Вода способна растворять в себе многие вещества, поэтому любые воды гидросферы можно рассматривать в качестве естественных растворов разной концентрации. Даже наиболее чистые атмосферные воды содержат 10-50 мг/л растворенных веществ.

Подавляющая часть массы природных вод (94%) слагает мировой океан, который представляет собой уникальную природную систему. В ней происходит грандиозный процесс обмена и трансформации энергии и вещества нашей планеты. Морская вода, которая в гидросфере преобладает, представляет собой раствор со средней концентрацией вещества 35 г/л. В настоящее время можно считать, что в морской воде присутствуют все химические элементы периодической системы. Однако преобладающими являются элементы, которые образуют следующие катионы: Na 1+ ,Mg 2+ , Ca 2+ , Cl - , SO 4 2- , HCO 3 1- , CO 3 2- .

Гидросфера находится в тесной взаимосвязи с литосферой, атмосферой и живыми организмами, в которые она входит в качестве обязательного компонента.

Литосфера – твердая оболочка Земли, включающая земную кору. Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения – более 70% приходится на базальты, граниты и другие магматические породы, около 17 % - на метаморфические и чуть больше 12% на осадочные. Общий химический состав земной коры определяют немногие элементы: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий и калий – слагают основную ее массу.

Поскольку в определении «биосферы» говорится об оболочке, то она должна иметь определенные границы – в данном случае верхнюю и нижнюю.

Верхняя граница распространения жизни в атмосфере определяется, по всей видимости, не столько низкими температурами, сколько губительным действием радиации, т.о. лимитирующим фактором распространения жизни является озоновый экран. Верхняя граница полета орлов составляет 7 км, растения в горных системах и насекомые в воздушной среде не распространяются выше 6 км. Верхняя граница постоянного обитания человека – 5 км, леса в горных системах тропиков не растут выше 4 км, на высоте 15 км обнаружены пыльца растений и споры бактерий.

В состав биосферы полностью включается гидросфера – озера, реки, моря и океаны. В морях и океанах наибольшая концентрация жизни приурочена к зоне, куда проникает солнечный свет (200 м) именно здесь сосредоточены все фотосинтезирующие организмы. Глубже живут животные и непрерывным потоком опускаются на дно морей и океанов отмершие растения, выделения и трупы животных.

Проникновение жизни вглубь литосферы ограничено высокими температурами земных недр и наличием жидкой влаги. Нижняя граница жизни по литосфере не опускается глубже 3-4, максимум 6 – 7 км.

Таким образом, биосфера – внешняя наружная оболочка Земли, в которую входят часть атмосферы (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, составляющими «живое вещество» планеты. Живое вещество – это совокупность всех живых организмов на планете. Косное вещество – вещество планеты, в образовании которого живые организмы не участвовали (минералы и горные породы). Биокосное вещество – особая категория вещества, в образовании которого участвовали живые организмы и абиогенные процессы (почва). Биогенное вещество – неживые тела, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов (известняки, мел, нефть, газ, уголь, кислород атмосферы и т.д.).

Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основу которой составляет взаимодействие живого и косного вещества. Он писал: «Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой ее определяющей. …Организмы представляют живое вещество. …Оно связано с окружающей средой биогенным током атомов: своим дыханием, питанием и размножением». Таким образом, по Вернадскому, самая существенная особенность биосферы – это биогенная миграция атомов химических элементов, вызываемая лучистой энергией солнца и проявляющаяся в процессе обмена веществ, росте и размножении организмов. Важнейшим свойством биосферы является взаимодействие живого и неживого, нашедшего отражение в законе биогенной миграции атомов В. И. Вернадского.

Закон биогенной миграции атомов : «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества, или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О 2 , СО 2 ) обусловлены живым веществом».

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

Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению.

Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.

Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца.

Данные геохимические принципы соотносятся со следующими выводами Вернадского:

Каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи с другими организмами и неживой природой;

Жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете. Совершенствуясь в процессе эволюции, живые организмы все шире распространялись по планете, стимулируя перераспределение энергии и вещества.

Эти закономерности проявляются, прежде всего, в стремлении живых организмов «захватить» все более или менее приспособленные к жизни пространства, создавая экосистему или ее часть.

Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей массе геосфер Земли. По подсчетам ученых масса живого вещества составляет 2420 млрд. т, что более чем в две тысячи раз меньше атмосферы. Но эта ничтожная масса живого вещества встречается практически повсюду. В настоящее время живые существа отсутствуют лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов. Каков же средний химический состав живого вещества?

По относительному содержанию элементы, входящие в состав живых организмов, принято делить на три группы:

- макроэлементы – H, O, C, N (в сумме составляют около 98-99 %, их еще называют основные), Сa, Cl, K, S, P, Mg, Na, Fe, Si (в сумме составляют около 1-2 %). Макроэлементы составляют основную массу процентного состава живых организмов;

- микроэлементы – Mn, Co, Zn, Cu, B, I и др. Их суммарное содержание в организме составляет порядка 0,1 %;

- ультрамикроэлементы – Au, Se, Ra и др. Их содержание в организме очень незначительно, а физиологическая роль для большинства из них не раскрыта.

Химические элементы, которые входят в состав живых организмов и при этом выполняют биологические функции, называют биогенными . Даже те из них, которые содержатся в клетках в ничтожно малых количествах, ни чем не могут быть заменены и необходимы для жизни.

Вся масса «живого вещества» Земли составляет ее биомассу. Это всего лишь 0,25 % всего вещества биосферы, но благодаря обмену веществ «живое вещество» играет ведущую роль в биогеохимических процессах. Деятельность живых организмов обуславливает химический состав атмосферы и гидросферы, формирование почвенного покрова литосферы. Живое вещество играет огромную роль в круговороте веществ в природе и осуществляет важнейшие биогеохимические функции. Вернадский дал представление об основных биогеохимических функциях живого вещества.

Первая функция – энергетическая (биохимическая). Связывание и запасание солнечной энергии в органическом веществе, и последующее рассеяние энергии при потреблении и минерализации органического вещества. Эта функция связана с питанием, дыханием, размножением и другими процессами жизнедеятельности организмов. Основной источник биогеохимической активности организмов – солнечная энергия, используемая в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества, обеспечивающего пищей и энергией все остальные организмы. Круговорот веществ, который осуществляется при участии всех организмов биосферы, заключается в циркуляции веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Благодаря круговороту веществ возможно длительное существование и развитие жизни при ограниченном запасе элементов в природе.

Вторая функция – газовая. Большинство газов верхних горизонтов планеты порождено жизнью. Кислород атмосферы образуется в процессе фотосинтеза. Подземные горючие газы – продукты разложения органических веществ растительного происхождения, ранее захороненных в осадочных толщах.

Третья функция – концентрационная . Организмы накапливают в своих телах многие химические элементы. На первом месте, естественно, стоит углерод. В углях содержание углерода по степени концентрации в тысячи раз больше, чем в среднем для земной коры. Нефть – концентратор углерода и водорода, поскольку она имеет биогенное происхождение. По концентрации металлов первое место занимает кальций. Целые горные хребты сложены останками животных с известковым скелетом. Концентраторами кремния выступают диатомовые водоросли, радиолярии и некоторые губки, йода – водоросли ламинарии, железа и марганца – особые бактерии. Фосфор накапливается позвоночными животными, сосредотачиваясь в их костях.

Четвертая функция – окислительно-восстановительная . Живые организмы окисляют и восстанавливают различные вещества, например, восстановление диоксида углерода до углеводов в процессе фотосинтеза и окисление их в процессе дыхания.

6СО 2 + 6Н 2 О C 6 H 12 O 6 + 6O 2

Под влиянием живых организмов происходит интенсивная миграция атомов элементов с переменной валентностью (Fe, Mn, Cr, S, P, N, W), создаются их новые соединения, происходит отложение сульфидов и минеральной серы, образование сероводорода и т.п.

Пятая функция - деструктивная. Р азрушение организмами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют редуценты – сапрофитные грибы и бактерии.

Шестая функция – транспортная. Перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Такой перенос может осуществляться на огромные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных. С транспортной функцией в значительной мере связана концентрационная роль сообществ организмов, например, в местах их скоплений (птичьи базары и другие колониальные поселения).

Седьмая функция – средообразующая. Преобразование физико-химических параметров среды. Эта функция является в значительной мере интегральной – представляет собой результат совместного действия других функций. Она имеет разные масштабы проявления. Результатом средообразующей функции является и вся биосфера, и почва как одна из сред обитания, и более локальные структуры. К средообразующим свойствам растительного покрова относятся: создание микроклимата, очистка воздуха и вод от загрязняющих веществ, усиление питания грунтовых вод, защита почв от эрозии и т.п.

Восьмая функция - рассеивающая . Функция, противоположная концентрационной – рассеивание веществ в окружающей среде. Она появляется через трофическую и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, смене покровов и т.п. Железо гемоглобина крови рассеивается кровососущими насекомыми.

Девятая функция – информационная. Накопление живыми организмами определенной информации, закрепление ее в наследственных структурах и передача последующим поколениям. Это одно из проявлений адаптационных механизмов.

Десятая функция – биогеохимическая деятельность человечества. Деятельность человека превратилась в мощный экологический фактор, нарушивший равновесие в биосфере. В результате деятельности человека (извлечение полезных ископаемых, отходы промышленности, химизация сельского хозяйства и пр.) нарушается круговорот веществ.

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический). Движущей силой геологического круговорота являются эндогенные (тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм) и экзогенные (выветривание, образование осадочных пород, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, геологическая деятельность атмосферы, гидросферы) геологические процессы. Таким образом, геологический круговорот веществ протекает без участия живых организмов и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими слоями Земли.

Малый круговорот веществ (биогеохимический) осуществляется лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы – главный, и он сам является порождением жизни. Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь не нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация. В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ. Затем они потребляются гетеротрофами. В результате выделения в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации и могут быть вновь использованы для синтеза автотрофами органических веществ.

Концепция ноосферы

Глобальный характер взаимоотношений человека со средой его обитания привел к появлению понятия ноосферы, введенного Леруа в 1927 г., а затем и концепции ноосферы, развитой Тейяром де Шарденом. Ноосфера по Тейяру де Шардену, - это коллективное сознание, которое станет контролировать направление будущей эволюции планеты и сольется с природой в идеальной точке Омега, подобно тому, как раньше образовывались такие целостности как молекулы, клетки и организмы.

Свою интерпретацию концепции ноосферы дал на основе учения о биосфере Вернадский. Как живое вещество преображает косную материю, являющуюся основой его развития, так человек неизбежно обладает обратным влиянием на природу породившую его. Как живое вещество и косная материя, объединенные цепью прямых и обратных связей, образуют единую систему – биосферу, так человечество и природная среда образуют единую систему – ноосферу.

Развивая концепцию ноосферы вслед за Тейяром де Шарденом, Вернадский рассмотрел то, как на основе единства предшествующей стадии взаимодействия живой и косной материи на следующей стадии взаимодействия природы и человека может быть достигнута гармония. Ноосфера по Вернадскому, «такого рода состояние биосферы, в котором должны проявляться разум и направляемая им работа человека как новая небывалая на планете геологическая сила».

Вернадский выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих существ он выделил человека как мощную геологическую силу. Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохимических и других процессов и охваченной её взаимодействием среде Земли и околоземном пространстве. Вся эта среда весьма существенно изменяется человеком благодаря его труду. Он способен перестроить ее согласно своим представлениям и потребностям, изменить фактически ту биосферу, которая складывалась в течение всей геологической истории Земли.

Воздействие человеческого общества, как единого целого на природу, по своему характеру резко отличается от воздействий других форм живого вещества.

Вернадский писал: «раньше организмы влияли на историю тех атомов, которые были нужны им для роста, размножения, питания, дыхания. Человек расширил этот круг, влияя на элементы, нужные для техники и создания цивилизованных форм жизни, что и изменило, вечный бег геохимических циклов» (Размышления натуралиста).

Вернадский развил концепцию ноосферы как растущего глобального осознания усиливающегося вторжения человека в естественные биогеохимические циклы, ведущего в свою очередь, к все более взвешенному и целенаправленному контролю человека над глобальной системой.

К сожалению, Вернадский не закончил работу по развитию данной идеи.

В концепции ноосферы представлен в полной мере один аспект современного этапа взаимодействия человека и природы – глобальный характер единства человека с природной средой. В период создания этой концепции противоречивость данного взаимодействия не проявилась с такой силой как сейчас. В последние десятилетия в дополнение к глобальному характеру взаимоотношений человека и природной среды обнаружилась противоречивость этого взаимодействия, чреватая кризисными экологическими состояниями. Стало ясно, что единство человека и природы противоречиво хотя бы в том плане, что из-за увеличивающегося обилия взаимосвязей между ними растет экологический риск кА кплата человечества за преобразование природной среды.

За время своего существования человек сильно изменил биосферу. По мнению Реймерса: «люди искусственно и нескомпенсированно снизили количество живого вещества Земли, видимо, не менее чем на 30% и забирают в год не менее 20 % продукции всей биосферы. Такие цифры недвусмысленно свидетельствуют о том, что антропогенное изменение биосферы зашло слишком далеко. Биосфера превратилась в техносферу, причем направленность антропогенного воздействия прямо противоположна направленности эволюции биосферы. Можно сказать, что с появлением человека начинается нисходящая ветвь эволюции биосферы – снижается биомасса, продуктивность биосферы. Антропогенные воздействия разрушают естественные системы природы. Таким образом, пока еще нельзя ответить на вопрос, создаст ли в будущем человек сферу разума или своей неразумной деятельностью погубит и себя, и все живое.

Большие достижения в естественных науках совершил В.И. Вернадский. У него есть множество работ, и он стал основателем биогеохимии – нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.

Сущность биосферы

На сегодняшний день существует несколько понятий биосферы, основным среди которых считается следующее: биосфера – это среда существования всех живых организмов. Область охватывает большую часть атмосферы и заканчивается в начале озонового слоя. Также в биосферу входит вся гидросфера и некоторая часть литосферы. В переводе с греческого слово означает «шар» и именно в пределах этого пространства обитают все живые организмы.

Ученый Вернадский считал, что биосфера – это организованная сфера планеты, которая находится в контакте с жизнью. Он первый создал целостное учение и раскрыл понятие «биосферы». Работа российского ученого началась в 1919 году, а уже в 1926 гений презентовал миру свою книгу «Биосфера».

Согласно Вернадскому биосфера – это пространство, область, место, которое состоит из живых организмов и среды их обитания. Кроме того, ученый считал биосферу производным. Он утверждал, что она является планетарным явлением, имеющим космический характер. Особенностью данного пространства является «живое вещество», которое населяет пространство, а также придает уникальный облик нашей планете. Под живым веществом ученый понимал все живые организмы планеты Земля. Вернадский считал, что на границы и развитие биосферы влияют различные факторы:

живое вещество;
кислород;
углекислый газ;
вода в жидком состоянии.

Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества и чрезмерно соленая вода.

Состав биосферы по Вернадскому

Изначально Вернадский считал, что биосфера состоит из семи разных веществ, связанных между собой геологически. К ним относятся:

живое вещество – данный элемент состоит из огромной биохимической энергии, которая создается в результате непрерывного рождения и умирания живых организмов;
биокосное вещество – создается и перерабатывается благодаря живым организмам. К данным элементам относится почва, горючие ископаемые и др.;
косное вещество – относится к неживой природе;
биогенное вещество – совокупность живых организмов, например, лес, поле, планктон. В результате их гибели образуются биогенные породы;
радиоактивное вещество;
космическое вещество – элементы космической пыли и метеориты;
рассеянные атомы.

Чуть позже ученый пришел к выводу, что в основе биосферы лежит живое вещество, под которым понимается совокупность живых существ, взаимодействующих с неживым костным веществом. Также в биосфере есть биогенное вещество, которое создается с помощью живых организмов, а это преимущественно горные породы и минералы. Помимо этого, в биосферу входит биокосное вещество, произошедшее вследствие взаимосвязи живых существ и косных процессов.

Свойства биосферы

Вернадский тщательно изучал свойства биосферы и пришел к выводу, что основой функционирования системы является бесконечный круговорот веществ и энергии. Данные процессы возможны только в результате деятельности живого организма. Живые существа (автотрофы и гетеротрофы) создают необходимые химические элементы в процессе своего существования. Так, с помощью автотрофов происходит преобразование энергии солнечного света в химические соединения. Гетеротрофы, в свою очередь, потребляют созданную энергию и приводят к разрушению органических веществ до минеральных соединений. Последние являются фундаментом для создания новых органических веществ автотрофами. Таким образом, происходит цикличный круговорот веществ.

Именно благодаря биологическому круговороту биосфера представляет собой самоподдерживающуюся систему. Циркуляция химических элементов является основополагающей для живых организмов и существования их в атмосфере, гидросфере и почве.

Основные положения учения о биосфере

Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос». Ученый обозначил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу вместе с океаническими глубинами, земную поверхность (верхний слой литосферы) и часть атмосферы до уровня тропосферы. Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится.

Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете.

Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения:

биосфера является организованной системой;
живые организмы являются доминирующим фактором на планете, и они сформировали современное состояние нашей планеты;
на земную жизнь оказывает влияние космическая энергия

Таким образом, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Многие его утверждения актуальны на сегодняшний день. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут.

Вывод

Работы известного российского ученого распространены по всему миру и используются в наше время. Широкое применение учений Вернадского можно увидеть не только в экологии, но и в географии. Благодаря работам ученого охрана и забота о человечестве стала одной из самых актуальных задач на сегодняшний день. К сожалению, с каждым годом проблем с окружающей средой становится всё больше, что ставит под угрозу полноценное существование биосферы в будущем. В связи с этим, необходимо обеспечить устойчивое развитие системы и минимизировать развитие негативных воздействий на окружающую среду.

В буквальном смысле термин «биосфера» означает «сферу жизни» и в таком смысле он был впервые введен австрийским ученым Эдуардом Зюссом (1831 – 1914) в конце Х1Х века. Первоначально под этим названием подразумевалась только совокупность всех живых организмов, обитающих на Земле. Но постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых систем на окружающую их среду все настойчивее проникала в сознание ученых.

Стройное, целостное учение о биосфере было дано выдающимся русским ученым, основоположником геохимии, учеником В.В.Докучаева Владимиром Ивановичем Вернадским (1863 – 1945).Центральным понятием в этом учении является понятие о живом веществе , которое определяется как совокупность всех живых организмов Земли. Тогда биосферу можно определить как сферу единства живого и неживого , т.е. как живое вещество Земли вместе со средой обитания, с «косным веществом», как называл эту среду В. И. Вернадский. Такое толкование определило и его взгляд на проблему происхождения жизни на Земле. Будучи космистом, Вернадский считал, что жизнь зародилась вместе с планетой, поскольку нет убедительных доказательств того, что Земля когда – либо была безжизненной. Иными словами, биосфера существовала на Земле всегда. Это расходится с точкой зрения А. И. Опарина, о которой было сказано в Лекции 11.

Биосферу В. И. Вернадский определял также как одну из геологических оболочек Земли, структура и энергетика которой формируется в результате совокупной деятельности живых организмов. Еще одно определение биосферы - это совокупность экосистем Земли (о понятии и свойствах экосистем см. выше.) Биосфера простирается на все геосферные оболочки Земли: она занимает всю гидросферу, часть литосферы (до глубин примерно 10 км) и часть атмосферы (всю тропосферу и часть стратосферы до высот более 30 км над поверхностью Земли). Ранее уже было сказано, что самыми многочисленными и древними организмами Земли являются бактерии, именно их споры и были обнаружены на больших глубинах и высотах.

В Лекции 10 уже отмечалось, что эволюция шла не только путем уничтожения нежизнеспособных видов, но и путем сохранения старых, наиболее приспособляемых к изменяющимся условиям существования. Так постепенно складывалось нынешнее многообразие живых организмов - основа устойчивости биосферы . Сейчас на Земле обитает около 1 млн видов животных и более 260 тыс. видов растений, причем более 75% видов животных - это членистоногие (в основном насекомые). Таким образом, по разнообразию видов животные почти в 4 раза обгоняют растения. Однако биомасса растений суши составляет 97% , а животных и микроорганизмов - всего 3% всей биомассы планеты. Известно, что Мировой океан занимает около 75% поверхности Земли, однако биомасса живых организмов суши примерно в 1000 раз превышает биомассу обитателей Мирового океана, которые живут в основном в поверхностном слое воды толщиной 100 м. Вместе с тем, биологическая продуктивность суши и океана примерно одинакова, что объясняется быстрым обновлением живых организмов в океане по сравнению с сушей.

Одной из главных идей В. И. Вернадского в учении о биосфере была мысль о взаимосвязи живых организмов с неживой средой обитания . Эта взаимосвязь осуществляется путем круговоротов основных биогенных химических элементов - углерода, водорода, азота и кислорода, реализующихся в пищевых (трофических) цепях. Растения Земли - это единственные живые организмы, синтезирующие из неорганического материала (углекислый газ и вода) органические вещества (клетчатку и крахмал). Побочным продуктом этой реакции, называемой фотосинтезом, поскольку она осуществляется только на свету, является молекулярный кислород (о фотосинтезе см. в Лекции 10). Растения берут из биосферы все нужные им для жизни химические элементы и не нуждаются в готовых органических соединениях других организмов, т.е. растения Земли - это автотрофы ( лат. троф - пища). Кроме того, растения являются продуцентами (производителями) органических веществ, которыми питаются травоядные животные - консументы (потребители) первого уровня. Травоядными питаются хищники – консументы второго уровня. Далее следуют падальщики - в природе все утилизируется, она не допускает никаких отходов. Когда живые организмы умирают, в дело вступают грибы и бактерии - редуценты , разлагающие органические вещества до атомов биогенных химических элементов, из которых формируется гумус (перегной), идущий на питание растений. Таким образом, круг замыкается. Именно в круговоротах биогенных химических элементов заключается геологическая роль живого вещества планеты . Ранее, в Лекции 8 уже говорилось о том, что большинство осадочных пород имеют биогенное происхождение, т.е. живые организмы формируют не только биологический, но и геологический лик планеты. Консументы всех уровней и редуценты - это гетеротрофы, поскольку для питания используют тела других живых организмов.

Важной идеей В. И. Вернадского была мысль о космической роли живого вещества, которая заключается в аккумулировании солнечной энергии и преобразовании ее в энергию химических связей органических веществ. Без солнечной энергии были бы невозможны круговороты биогенных химических элементов и эволюция живых организмов.

Главными принципами существования биосферы, по Вернадскому, являются ее целостность и гармония . Физические пределы существования жизни довольно малы и определяются мировыми физическими константами, которые в свою очередь задают узкие интервалы температур и давлений, пригодных для существования живых организмов (например, предельный тепловой интервал - от минус 252 до плюс 180 градусов по Цельсию). К этому добавляется еще и антропный принцип : все мировые физические константы удивительным образом «подогнаны» к существованию жизни. Будь они чуть-чуть выше или ниже, жизнь во Вселенной вообще была бы невозможна.

Идеи «всюдности» и и «растекаемости» жизни: биосфера. как уже было сказано выше, захватила все геосферные земные оболочки, живое вещество, подобно жидкости, растекается по планете, и чем мельче организмы, тем быстрее скорость их размножения.

Основными функциями биосферы, согласно современным воззрениям, являются:

1) энергетическая - солнечная энергия, запасенная в живых и захороненных живых организмах, обеспечивает круговороты биогенных химических элементов;

2) концентрационная – в живых организмах осуществляется максимально возможная концентрация органических веществ;

3) деструктивная – в трофических цепях идет разложение органических соединений до атомов биогенных химических элементов, образующих гумус, что обеспечивает питание растений и круговороты элементов;

4) средообразующая – живые организмы, наряду с неживой природой, создают среду обитания другим живым организмам;

5) транспортная – биосфера обуславливает круговорот биогенных

химических элементов, т.е. их транспортировку по всей планете.

В. И. Вернадский создал также учение о ноосфере - биосфере, управляемой разумной человеческой мыслью. Одна из его работ называется «Научная мысль как планетное явление». Это гимн человеческому разуму. Идею ноосферы разрабатывал и крупнейший французский палеонтолог и антрополог П. Тейяр де Шарден, автор книги «Феномен человека», который определил ноосферу как одну из стадий эволюции мира, движущей силой которой является «целеустремленное сознание». В отличие от него, В. И. Вернадский рассматривал возникновение сознания как закономерный результат развития биосферы. Вернадский дал и критерии перехода биосферы в ноосферу: заселение человеком всей планеты, выход в космическое пространство и освоение Солнечной системы, улучшение средств коммуникации, торжество демократии, т.е. участие широких народных масс в управлении планетой, исключение войн из жизни человечества и т.д. Кроме последнего, к концу ХХ века все критерии Вернадского оказались выполненными, но до ноосферы еще очень далеко. Вместо нее в конце ХХ века человечество получило глобальный экологический кризис.

В конце ХХ века в связи с серьезными экологическими проблемами появилось еще одно понятие и связанный с ним раздел науки - биоэтика . Это понятие можно определить как уважение к жизни, к биосфере в целом и к каждому живому организму в отдельности. Если раньше основной целью существования любого общества было создание максимального комфорта для жизни человека, господствующей идеей был антропоцентризм (человек и его удобство в центре всего), то теперь главная цель деятельности всего человечества – это сохранение биосферы.