Учение о биосфере и ее революции

 характер отношения  общества к природе определяется  не только научно-техническим  уровнем, но и социальным строем, предопределяющим условия для  разумного использования и превращения  знаний и опыта, накопленных  человечеством, в материальную  силу, рационально преобразующую  природную среду. 

Таким образом, ноосфера - это этап разумного регулирования  взаимоотношений человека и природы, причем человечество рассматривается  как один из основных элементов ноосферы. В целом, в связи с образованием ноосферы, наша планета переходит  в новое качественное состояние. Если биосфера - это сфера Земли, то ноосфера - это сфера Солнечной  системы. Ноосфера в будущем станет особой областью Солнечной системы  в познавательных и производственных целях человеческого общества.

В связи с потребительским  отношением к природным ресурсам и накоплением отходов производства антропогенная нагрузка на биосферу быстро возрастает и приближает биосферу к критическому состоянию. Естественно, что возникает проблема ограничения  антропогенных воздействий, которая в наши дни становится чрезвычайно актуальной. Это осознается научной общественностью и многими политическими деятелями. Об этом свидетельствует Конференция Организации Объединенных Наций в июне 1992 г. в Рио-де-Жаней-ро по окружающей среде и ее развитию, принявшая ряд важных решений.

Конференция констатировала невозможность дальнейшего движения по тому пути, который привел к благополучию развитые страны, оценила его как  стратегически бесперспективный, ведущий  к катастрофе. Поэтому была провозглашена  необходимость перехода мирового сообщества к новой модели цивилизации, к  жизни по принципу «устойчивого развития», т.е. обеспечивающего должный баланс между решением социально-экономических  проблем и сохранением благополучного состояния окружающей среды, между  удовлетворением основных жизненных  потребностей нынешнего поколения  и сохранением таких возможностей для будущих поколений. Для этой модели должны быть более характерны общественные, а не частнособственнические формы развития. Однако решения конференции  осуществляются очень неравномерно и медленно.

В связи с возрастанием антропогенной нагрузки на биосферу возникают многочисленные проблемы, которые предстоит решить в ближайшем  будущем во избежание роковых  последствий. Это чрезвычайно важная задача, решение которой потребует  больших усилий со стороны человеческого  разума, привлечения ученых в области  естественных и гуманитарных наук.  

к началу страницы 

СТРОЕНИЕ БИОСФЕРЫ И ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА 

Биосферу можно  определить как часть планеты, которая  включает совокупность живых существ  и в которой возможна постоянная жизнь. Хотя не вся земная поверхность  одинаково благоприятна для всех живых организмов. В полярных областях и высоко в горах растения существовать не могут - там можно найти лишь редкие споры бактерий и грибов.

По сравнению с  атмосферой биосфера выглядит тонкой поверхностной пленкой. Тем не менее, эта пленка, толщина которой достигает  лишь нескольких километров, представляет собой необыкновенно сложную  систему.

Органическая жизнь  сосредоточена в литосфере (верхняя  часть твердой поверхности земной коры), в гидросфере, а также в  тропосфере (нижние слои газообразной оболочки земного шара - атмосферы).

Нижняя граница  биосферы опускается на 2-3 км на суше и  на 1-2 км ниже дна океана, а верхней  служит так называемый защитный озоновый экран на высоте 20-25 км, выше которого ультрафиолетовая часть солнечного спектра исключает существование  жизни.

Две из многочисленных характеристик биосферы являются основополагающими:

1) всюду всегда  есть вода в жидком состоянии.  Вследствие высокой подвижности,  вода проникает повсеместно в  различные природные образования.  Она находится в виде паров  и облаков в земной атмосфере,  формирует океаны и моря, существует  в замороженном состоянии в  высокогорных районах континентов  и в виде мощных ледяных  панцирей покрывает полярные  участки суши. Атмосферные осадки  проникают в толщи осадочных  пород, образуя подземные воды.

2) в биосферу постоянно  проникает солнечная радиация, представляющая  собой единственный источник  энергии. Благодаря этой энергии  растения, а косвенно и животные, вырабатывают все органические  вещества, в которых они нуждаются  для получения химической, механической, осмотической и других видов  энергии, необходимых для их  роста, воспроизводства и функциональных  взаимодействий.

Таким образом, биосфера есть часть земного пространства, охваченного жизнью с ее активным химическим проявлением. В биосфере возможно существование организмов в любых возможных концентрациях - от единичных бактерий и спор в 1 см3 атмосферного воздуха до мощных тропических лесов экваториальной зоны и следов жизни в пучинах  Мирового океана. По своим требованиям  к условиям внешней среды организмы  расселяются в различных верхних  горизонтах Земли: в нижней атмосфере, в гидросфере, в почвах в глубинах литосферы, пропитанных природными водами и нефтяными месторождениями. Несмотря на различие форм и условий жизни все живые организмы объединены в понятие «живого вещества».  Живое вещество биосферы, в общем, занимает ничтожное пространство в масштабе всего земного шара. Широкое распространение самого термина - «живое вещество» - связано главным образом с работами В.И. Вернадского. Он ясно показал, что все количество живых организмов Земли образует единое целое - живое вещество планеты.

Все живое вещество по своей массе занимает ничтожное  место по сравнению с любой  из верхних геосфер земного шара. По современным вероятным оценкам  общее количество массы живого вещества в современную эпоху равно 2420 млрд. тонн. Эту величину можно сравнить с массой верхних оболочек Земли, в той или иной степени охваченных биосферой:

  

Масса, в т 

Сравнение 

Живое вещество 

2.4 . 1012 

1 

Атмосфера 

5.15 . 1015 

2 146 

Гидросфера 

1.5 . 1018 

602 500 

Земная кора 

2.8 . 1019 

1 670 000 
 

Таким образом, в  отношении массы живое вещество уступает даже такой легкой оболочке, как атмосфера, в две тысячи раз. Но по своему активному воздействию  на окружающую среду живое вещество занимает особое место и качественно  резко отличается от других неорганических природных образований, входящих в  состав биосферы. Около 99% всего вещества в верхних слоях литосферы  трансформировано живыми организмами. Понятно, что для осуществления  подобной работы организмы должны обладать и значительной массой. Суммарная  биомасса живых организмов Земли  оценивается примерно в 2.4.1012 т. 

Распределение биомассы (по сухому веществу) живых организмов на Земле

  

Масса, ?1012т 

Масса в % 

Масса в целом, % 

Суша 

Растения 

2.4. 

99.2 

  

  

Животные и микроорганизмы  

  

0.02 

  

0.8 

99.87 

Океан 

Растения 

0.0002 

6.3 

  

  

Животные и микроорганизмы  

  

0.003 

  

93.7 

0.13 

  

2.4232 

  

100 
 

Как видно из таблицы, биомасса организмов океана ничтожно мала в сравнении с биомассой  наземных растений, животных и микроорганизмов. На поверхности континентов растения резко преобладают по своей массе  над животными. В океане мы наблюдаем  обратное соотношение. 93.7% биомассы моря приходится на долю животных. Это связано  главным образом с тем, что  в морской среде существуют наиболее благоприятные условия для питания  животных. Мельчайшие растительные организмы, составляющие фитопланктон и обитающие в освещенной зоне морей и океанов, быстро поедаются морскими животными, и, таким образом, переход органических веществ из растительной формы в животную резко сдвигает биомассу в сторону преобладания животных.

Живое вещество нашей  планеты существует в виде огромного  множества организмов со своими индивидуальными  признаками, разнообразных форм и  размеров. Среди живых организмов встречаются мельчайшие по форме  микроорганизмы и многоклеточные животные и растения крупных размеров. Размеры  колеблются от микрометров (малые бактерии, инфузории) до десятков метров. Гигантские деревья эвкалипты достигают  высоты до 150 м. Гигантская водоросль Macrocystis имеет в длину 300 м. Наиболее крупные  синие киты имеют длину тела до 30 м, и масса такого кита достигает 150 т.

Согласно современным  оценкам, на Земле существует около 3 млн. видов организмов, из которых  на долю растений приходится 500 тыс. видов, а на долю животных 2.5 млн. видов.

Современный вид  планеты - результат деятельности живых  существ, которая началась более 3 млрд. лет назад в физико-химической среде, характеризующей поверхностные  слои нашей планеты. Благодаря постоянному  взаимодействию организмов с минеральными элементами среды на протяжении всего  этого геологического периода литосфера, гидросфера и атмосфера приняли  современный облик. 

Основные функции  живого вещества биосферы

(Лапо А.В., развивая  учение В.И. Вернадского)

Функция 

Краткая характеристика происходящих процессов 

Энергетическая 

Поглощение солнечной  энергии при фотосинтезе, химической энергии путем разложения энергонасыщенных веществ; передача энергии по пищевым  цепям разнородного живого вещества. 

Концентрационная 

Избирательное накопление в ходе жизнедеятельности определенных видов вещества: а) используемых для  построения тела организма; б) удаляемых  из него при метаболизме. 

Деструктивная 

1) Минерализация  небиогенного органического вещества.

2) Разложение неживого  неорганического вещества.

3) Вовлечение образовавшихся  веществ в биологический круговорот. 

Средообразующая 

Преобразование физико-химических параметров среды (за счет небиогенных  веществ). 

Транспортная  

Перенос вещества против градиента силы тяжести и в  горизонтальном направлении. 
 

Несмотря на огромное разнообразие видов и форм организмов живому веществу нашей планеты присущи следующие общие свойства:

Живые организмы  являются аккумуляторами и трансформаторами солнечной энергии в биосфере. Процессом накопления этой энергии  является фотосинтез зеленых растений.

Живые организмы  содержат вещества, которые не встречаются  в минеральном мире. Весь сложный  комплекс этих веществ создает протоплазму, состоящую из углеводов, липидов (жиров), белков, нуклеиновых кислот и воды. Нигде за пределами живых организмов эти вещества не встречаются вместе.

Живые организмы  характеризуются клеточным строением. Каждая клетка представляет сложную  природную систему, которая обладает относительной самостоятельностью. В процессе своей жизнедеятельности  клетка осуществляет многочисленные реакции  синтеза, ведущие к образованию  ее более мелких структурных единиц.

Разнообразие живых  организмов, выражаемое в существовании  многочисленных их видов, определяется сочетанием относительно небольшого числа  биологических молекул и биохимических  реакций. Одни и те же атомные структуры  существуют во всех организмах, но в  разных комбинациях. Так, все белки  построены из двадцати аминокислот, все нуклеиновые кислоты из четырех  нуклеотидов.

Биохимические процессы в клетках живых организмов происходят с участием органических катализаторов - ферментов и протекают с большой  скоростью. Они отличаются от действия обычных неорганических катализаторов тем, что стимулируют только определенные биохимические реакции.

В организмах происходят сложные превращения энергии  в условиях относительно постоянных температур. Зеленые растения используют энергию солнечной радиации при  фотосинтезе, некоторые бактерии используют химическую энергию при фотосинтезе, животные приобретают энергию путем  окисления своих веществ кислородом атмосферы. Элементарные акты превращения  энергии совершаются на молекулярном уровне.