Лекция 2. БИОСФЕРА И ЧЕЛОВЕК

План лекции

1. Основные учения о биосфере.

2. Биосфера как единое пространство, в котором сосредоточена жизнь.

3. Границы биосферы.

4. Человек как неотделимая часть природного сообщества.

5. Источники угрозы разрушения основных элементов биосферы.

6. Учение В.И.Вернадского о «ноосфере».

В настоящее время становится предельно ясным, что среда, в которой мы живем, сформирована жившими организмами различных геологических эпох. По образному выражению Б. Коммонера, окружающая среда – «это дом, созданный на Земле жизнью и для жизни». При этом каждое поколение организмов этот дом совершенствовало соответственно изменявшимся условиям и обитающим в нем существам. Эти истины стали понятны людям далеко не сразу.

Впервые понятие «биосфера» (от греч. “bios”- жизнь, “shaira”- шар) было введено в биологию французским натуралистом Жаном-Батистом Ламарком в начале ХIX в.

Термин «биосфера» в научную литературу введен австрийским ученым геологом Эдуардом Зюссом в 1875 г. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

Но основы науки о биосфере были заложены только в первой половине ХХ в. трудами академика Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945 гг.). Если с понятием «биосфера», по Э.Зюссу, связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки живых организмов, то, по В.И.Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. В таком случаепод биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда- либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности.В.И. Вернадский не только конкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Живое веществослужит передаточным звеном между космосом и Землей, потому что аккумулирует энергию космоса, трансформирует её в энергию земных процессов (химическую, механическую, тепловую, электрическую), непрерывно обменивается веществом с косной (неживой) материей, обеспечивая образование нового живого вещества и определяя тем самым эволюцию биосферы.

Учение В.И.Вернадского о биосфере произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе на геологические процессы, их причины и эволюцию.

Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой или «необиосферой», а древние биосферы относят к палеобиосферам.

По современным представлениям, необиосфера в атмосферепростирается примерно до озонового экрана (у полюсов 8-10 км; у экватора – 17-18 км; над остальной поверхностью Земли – 20-25 км). За пределами озонового слоя жизнь невозможна из-за воздействия губительных космических ультрафиолетовых лучей. Гидросферапрактически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская – 11022 м) мирового океана, занята жизнью. К необиосфере следует отнести также и донные отложения, где возможно существование живых организмов. В литосферужизнь проникает на несколько метров, ограничиваясь в основном почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров.

В биосфере Земли В.И.Вернадский выделил семь различных и в то же время взаимосвязанных видов веществ:

живое вещество – совокупность всех живых организмов на планете (растения, животные, микроорганизмы);

биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (каменный уголь, нефть, известняки, битумы и др.);

косное вещество (твердое, жидкое, газообразное) – вещество неорганического происхождения (минералы, глина и др.);

биокосное вещество – создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (почвы, природные воды, илы);

радиоактивные вещества – вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада (радий, уран, торий и др.);

рассеянные атомы – непрерывно образующиеся из различных видов земного вещества под влиянием космического излучения (химические элементы);

вещества космического происхождения – метеориты, пыль, протоны, нейтроны, электроны.

Важнейшими компонентами биосферы по качеству и значительными по количеству являются первые четыре вида веществ. Наиболее химически и геологически активным является именно живое вещество. При его участии образуются биогенные и биокосные вещества. Живое вещество контролирует все основные химические превращения в биосфере, несмотря на незначительный объем, который можно представить, если выделить его в чистом виде и распределить равномерно по поверхности Земли. Это будет слой всего около 2 см или крайне незначительная доля от объема всей биосферы, толща которой измеряется десятками километров. В чем же причина столь высокой химической активности и геологической роли живого вещества? Это, прежде всего, обусловлено такими его свойствами:

способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство;

движение не только пассивное (под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.п.), но и активное;

устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти;

высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям;

феноменально высокая скорость протекания реакций;

высокая скорость обновления живого вещества.

Все перечисленные свойства живого вещества обуславливаются концентрацией в нем больших запасов энергии.

С учетом данных современной науки и основ учения В.И.Вернадского о биосфере выделяют пять основных функций биосферы и живого вещества:

1. Энергетическая – выполняется в основном растениями. В основе этой функции лежит процесс фотосинтеза, т.е. аккумулирование растениями солнечной энергии и дальнейшее её перераспределение между остальными компонентами биосферы. Часть энергии накапливается в отмершей органике, образуя залежи биогенного вещества (торф, уголь, нефть), а часть рассеивается в пространстве в виде тепла.

2. Газовая– обеспечивает газовый состав биосферы в процессах миграции и превращения газов, большая часть которых имеет биогенное происхождение.

3. Концентрационная– заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окружающей среды, обуславливая большую разницу в составе живого и косного вещества планеты. В результате этой деятельности образуются залежи горючих ископаемых, известняки, рудные месторождения и т.п.

4. Деструктивная– обуславливает процессы, связанные с разложением мертвой органики, с химическим разрушением горных пород и вовлечением образовавшихся веществ в биотический круговорот. В результате этого образуются биокосные и биогенные вещества, происходит минерализация органики, т.е. превращение её в косное вещество. Основной механизм этой функции связан с круговоротом веществ.

5. Средообразующая– состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов.

Для существования человека и удовлетворения его потребностей существует так называемая биогеосфера, или «пленка жизни». Это высоты до 3 км, вглубь земли до 10 м и вглубь моря до 100 м. Но эти предельные высоты и глубины, в общем-то, экзотика. Вас, в первую очередь, должно интересовать то, что находится на поверхности Земли в городе, поселке, деревне или возле них. Здесь должны быть точки приложения вашего труда, чтобы облагородить человека, то есть создать ему комфортные условия, которые не дает природа в естественном виде.

Положение человека в биосфере двояко. Как биологические объекты люди зависят от физических факторов среды и связаны с питанием, дыханием, обменом веществ. Человеческий организм имеет свои приспособительные возможности, которые выработались в ходе биологической эволюции. Изменение физической среды обитания отражается на здоровье и работоспособности людей. В отклоняющихся от оптимальных условий среды человек затрачивает много сил и средств на создание и поддержание комфортных условий. Однако главным условием поддержания этих комфортных условий является взаимодействие человека с окружающей средой через создаваемую им культуру. Этим человек отличается от всех других видов живых организмов.

Создавая все более современную технику, технологию и материалы, люди стараются создать среду обитания, по возможности не зависящую от капризов природы. Человек, будучи творческим существом, тем не менее сам является творением природы в буквальном смысле этого слова и остается неотделимой частью природных сообществ, если, конечно, придерживаться теории Ч.Дарвина об эволюции живой природы, а не инопланетной природы человека. То есть человеку нужно постоянно в своей деятельности искать золотую середину, и это в первую очередь относится к технологам. Деятельность должна быть экологичной. Производство положительно влияя на окружающую среду и человека не должно негативное воздействовать на биосферу.

При этом следует учитывать, что жизнь человеческого организма возможна только в определенных условиях: состав атмосферы, температура, структура солнечного излучения, наличие и чистота воды и пищи и др. Наряду с этим производство продуктов питания почти на 100% зависит от природных ресурсов: почвы и водных экосистем (гидропоника и искусственные системы дают незначительное количество продуктов питания). Особое значение для жизни человека имеет количество пресной воды, которая является природным ресурсом и важнейшей составной частью биосферы – самым удивительным минералом, как назвал ее профессор А.М.Черняев в своей книге «Поэзия и проза воды» [22]. Важную роль в жизнеобеспечении играют и природные источники энергии, тоже являющиеся составной частью биосферы. В настоящее время уже отчетливо обозначилась ограниченность данного вида природных ресурсов. Это же можно сказать о запасах пресной воды и о плодородии почвенного слоя Земли. Есть еще один фактор, который нельзя не учитывать – это перенаселение Земли. Многие из перечисленных проблем в России еще остро не чувствуются. Но мы живем на одной планете, и наступит время, когда придется потесниться.

Техническая мощь человечества достигла масштабов, соизмеримых с биосферными процессами. Человеческая деятельность на планете изменяет климат, влияет на химический состав атмосферы и мирового океана. Таким образом, с вхождением человечества в индустриальную стадию своего развития возникла угроза разрушения всех элементов биосферы: атмосферы, гидросферы и литосферы. В первую очередь это касается наиболее чувствительного к условиям существования биосферного слоя – биогеосферы.

Но уже сейчас вместе с техническим оснащением растет и научная вооруженность человеческого общества. Одним из успехов естествознания ХХ в. явилось осознание неразрывного диалектического единства природы и общества, необходимости перехода от концепции господства человека над природой к концепции взаимодействия с ней. В результате этого В.Н.Вернадским было разработано учение о ноосфере – сфере разума. Еще в начале 20-х г. ХХ в. В.И. Вернадский пришел к мысли, что изменение природы «силой культурного человечества становится явлением геологического масштаба. Человек как часть биосферы своим трудом многократно усиливает планетарную функцию живого вещества, она все больше становится управляемой человеческим разумом». Этот процесс неизбежно приводит к постепенному преобразованию земной биосферы в «мыслящую оболочку», сферу разума – ноосферу. Сам термин «ноосфера» В.И. Вернадскому не принадлежит. Это понятие возникло при обсуждении доклада В.И.Вернадского о развитии биосферы на семинаре в Париже в 1924 г. Его предложил французский философ Эжен Леруа.

Смысл учения В.И.Вернадского заключается в следующем. Появление Человека на Земле означало новый огромный шаг в эволюции планеты. Его активность многократно ускоряет все эволюционные процессы, темпы которых быстро растут по мере развития производительных сил и технической вооруженности. Дальнейшее неконтролируемое, не управляемое развитие людей таит в себе опасности, которые трудно предвидеть. Именно поэтому однажды наступит время, когда дальнейшая эволюция планеты, а следовательно, и человеческого общества должна направляться Разумом. Биосфера станет постепенно превращаться в сферу Разума – ноосферу.Однакоэтим определением исчерпывается все учение о ноосфере. Последовательного, научного описания процесса ноосферогенеза и самой ноосферы с её конкретными характеристиками не существует. Поэтому появилось много идей по данной проблеме. Широкий спектр мнений по этому вопросу охватывает диаметрально противоположные точки зрения. Так, некоторые ученые считают, что ноосфера – уже сформировавшееся явление. На Западе упоминания о ноосфере вообще отсутствуют, т.к. считается, что критерий разумности не стоит применять к человеческому обществу. Среди наших ученых ноосфера рассматривается экологическим идеалом, конечной целью устойчивого развития, когда мерой национального богатства станут духовные ценности и знания Человека, живущего в гармонии с окружающей средой.

Трудность современного восприятия нового состояния биосферы заключается в том, что в создающейся переходной биосферно-ноосферной общности, которую принято называть техносферой, уже нет первозданной исторически сложившейся организованности биосферы и еще нет новой организованности ноосферы. В техносфере утрачена часть присущих биосфере свойств авторегулирования, хотя свои основные параметры она сохраняет. В связи с этим хозяйственная и социально-культурная деятельность человека, общества, всего человечества рассматривается научным и обыденным сознанием как глобальный экологический фактор, отрицательно действующий на окружающую среду и даже разрушающий ее.