Биосфера и место в ней человека

  Вернадский  объясняет парадокс: почему, несмотря на то, что общая масса живого вещества – пленка жизни, покрывающая  Землю, – ничтожно мала, результаты жизнедеятельности организмов сказываются на составе и литосферы, и гидросферы, и атмосферы? Если живое вещество распределить на поверхности Земли ровным слоем, его толщина составит всего 2 см. При такой незначительной массе организмы осуществляют свою планетарную роль за счет весьма быстрого размножения, т. е. весьма энергичного круговорота веществ, связанного с этим размножением.

  Масса живого вещества, соответствующая данному  моменту времени, с трудом сопоставляется с тем грандиозным ее количеством, которое производило свою работу в течение сотен миллионов лет существования организмов. Если рассчитать всю массу живого вещества, воспроизведенного за это время биосферой, она окажется равной 2,4×10²⁰ т. Это в 12 раз превышает массу земной коры.

  На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а  потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем  живые организмы, взятые в целом. Глины, известняки, доломиты, бурые  железняки, бокситы – это все  породы органогенного происхождения. Наконец, свойства природных вод, соленость Мирового океана и газовый состав атмосферы определяются жизнедеятельностью населяющих планету существ.

  Рассмотрим  влияние средообразующей функции  организмов на содержание кислорода  и углекислого газа в атмосфере. Напомним, что повышение концентрации СО₂ в атмосфере вызывает «парниковый эффект» и способствует потеплению климата. Свободный кислород выделяется при фотосинтезе. Впервые на Земле массовое развитие фотосинтезирующих организмов – сине-зеленых водорослей – имело место 2,5 млрд лет назад. Благодаря этому в атмосфере появился кислород, что дало импульс быстрому развитию животных. Однако интенсивный фотосинтез сопровождался усиленным потреблением СО₂ и уменьшением его содержания в атмосфере. Это привело к ослаблению «парникового эффекта», резкому похолоданию и первому в истории планеты (гуронскому) оледенению.

  В наши дни  накопление в атмосфере углекислого  газа от сжигания углеводородного топлива  рассматривается как тревожная  тенденция, ведущая к потеплению климата, таянию ледников и грозящая повышением уровня Мирового океана более чем на 100 м. В этой связи следует отметить функцию захвата и захоронения избыточной углекислоты морскими организмами путем перевода ее в соединения углекислого кальция, а также путем образования биомассы живого вещества на суше и в океане.

  Чистота морских вод – во многом результат  фильтрации, осуществляемой разнообразными организмами, но особенно зоопланктоном. Большинство из этих организмов добывает пищу, отцеживая из воды мелкие частицы. Работа их настолько интенсивна, что весь океан очищается от взвеси за 4 года. Байкал исключительной чистотой своих вод во многом обязан веслоногому рачку эпишуре, который за год трижды процеживает его воду.

  Основу  функционирования живого вещества составляет биотический круговорот веществ. Биотический  круговорот обеспечивается взаимодействием  трех основных групп организмов: 1) продуцентов  – зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных  к хемосинтезу, – они создают первичное органическое вещество; 2) консументов, потребляющих органическое вещество, – это растительноядные и хищные животные; 3) редуцентов (деструкторов), разлагающих мертвое органическое вещество до минерального, – это в основном бактерии, грибы и простейшие животные.

  На восходящей ветви биотического круговорота, основанного  на выполнении энергетической функции  зелеными растениями, происходит аккумуляция  солнечной энергии в виде органических веществ, синтезируемых растениями из неорганических соединений – углекислого газа, воды, азота, зольных элементов питания. Нисходящая ветвь биотического круговорота связана с потерями органического вещества. Важнейший процесс - дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СО₂ и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии – это потребление растений консументами первого порядка – растительноядными животными. Запасаемая фитофагами с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами.

  Растительноядные  животные являются пищей для плотоядных животных – консументов более  высокого трофического уровня. Консументы второго порядка расходуют накопленную с пищей энергию по тем же каналам, что и консументы первого порядка (растительноядные животные). Число трофических уровней, образуемых хищными животными, обычно не превышает трех-четырех, так как в связи с большими тратами энергии численность и биомасса животных на более высоких трофических уровнях становятся все меньше.

  Каждое  звено экосистемы поставляет в окружающую среду органические остатки (детрит), которые служат источником пищи и  энергии для животных-сапрофагов, а главным образом для микроорганизмов – бактерий, грибов, актиномицетов и др. Завершающим этапом превращения органического вещества являются процессы гумификации и далее окисления гумуса до СО₂ и минерализации зольных элементов, которые вновь возвращаются в почву и атмосферу, обеспечивая растение пищей.

  Таким образом, биотический круговорот представляет собой непрерывный процесс создания и деструкции органического вещества. Он реализуется при участии представителей всех трех групп организмов: без продуцентов невозможна жизнь, поскольку лишь они производят основу жизни – первичное органическое вещество; консументы разных порядков, потребляя первичную и вторичную продукцию и переводя органическое вещество из одной формы в другую, способствуют возрастанию многообразия форм жизни на Земле; наконец, редуценты, разлагая органическое вещество до минерального, возвращают его к началу круговорота. Глобальные циклы миграции химических элементов не только связывают три наружные оболочки нашей планеты в единое целое, но и обусловливают непрерывную эволюцию ее состава.  

  2. Человеческая деятельность  и принцип экологической  эквивалентности

  Человек, воздействуя на экосистемы и отторгая часть вещества и энергии в  производственный цикл, нарушает биотические круговороты, что неминуемо сказывается на состоянии окружающей среды. Как правило, она становится неблагоприятной для жизни человека. Однако вторичные биогеоценозы, возникающие на месте коренных в результате антропогенного воздействия, не всегда ущербны с точки зрения поддержания функций биотического круговорота. Для человека главное, чтобы живое вещество, независимо от того, какими формами оно представлено (например, коренным лесом или вторичным лугом), выполняло свои разнообразные функции так, чтобы среда обитания в данном месте оставалась благоприятной.

  Следствием  антропогенного воздействия на природные  ландшафты является их экологическая  дестабилизация. Последняя определяется В. С. Залетаевым как антропогенно измененная и изменяющаяся географическая среда, для которой типичны новый характер динамизма, аномально быстрое развитие как процессов деструкции экосистем, так, одновременно, и новообразований, проявление новых экологических феноменов, а также формирование новых механизмов самоорганизации экосистем. Важнейшее свойство экологически дестабилизированной среды – возникновение дробной экологической дифференцированности и контрастности биогеоценотического покрова и вместе с тем усиление экологической связности разнородных территорий на основе существенно возросшего транспорта вещества и расселения организмов.

  В экологически дестабилизированных ландшафтах меняется природный потенциал, т. е. количество проходящего через геосистемы вещества, энергии, информации, благодаря которым  ландшафты существуют, сохраняя внутренние и внешние связи, и самовосстанавливаются при воздействии на них человека. Нормальное функционирование и способность к самовосстановлению ландшафта возможны только при условии сохранения биотической структуры зональных типов природных экосистем. Функции живого вещества определяют интенсивность биогеохимических круговоротов, биологическую продуктивность экосистемы, общие запасы органики в ландшафте. Количество и форма этих запасов, характер круговоротов влияют на направление хозяйственной деятельности, а последняя, в свою очередь, вызывает изменения названных процессов в ландшафте.

  А.М. Алпатьев предложил оценивать состояние  природы, исходя из принципа экологической  эквивалентности: возникающие в  результате антропогенного воздействия  динамические равновесия должны быть эквивалентны средообразующим функциям естественных экосистем. Следует признать, что эволюция биосферы в фанерозое происходила именно согласно этому принципу: леса лепидофитов каменноугольного периода уступили место лесам голосеменных и покрытосеменных растений мезозоя и кайнозоя, формациям травянистой растительности. Несмотря на смену сообществ, все они исправно выполняли свои средообразующие функции.

  Принцип эквивалентности расширяет трактовку  понятия устойчивости биосферы: она  может считаться устойчивой, если возникающие в ней экосистемы будут по основным средообразующим функциям эквивалентны старым.

  Долгое  время человечество существовало в  плену иллюзий, что можно создать  такую социально-политическую систему, при которой человечество будет, не ограничивая своей численности, поступательно улучшать свой жизненный уровень, увеличивать жизненные блага и сохранять окружающую среду. Экологические проблемы в той или иной мере всегда сопутствовали становлению и развитию цивилизации. Однако то, что было в прошлом, не может идти ни в какое сравнение с противоречиями, возникающими при взаимодействии общества и природы в современную эпоху. Неограниченное использование природных ресурсов и свободное удаление отходов в окружающую среду привело к тому, что во многих странах практически не осталось ненарушенных естественных экосистем, способных, реализуя принцип Ле Шателье, в полной мере выполнять свои средообразующие функции.

  Устойчивое  развитие общества все более сдерживается глобальными экологическими проблемами. К их числу относятся: демографический взрыв; сокращение пахотных угодий, голод; загрязнение окружающей среды, разрушение природных ландшафтов; энергетический кризис.

  В 1992 г. в  Рио-де-Жанейро проходила на уровне глав государств и правительств работа Конференции ООН по окружающей среде и развитию, которая констатировала невозможность движения развивающихся стран по пути, которым пришли к своему благополучию развитые страны. Признано, что эта модель ведет к катастрофе. В связи с этим провозглашена необходимость перехода мирового сообщества на рельсы устойчивого развития (sustainable development). Заметим, что широко вошедшее в обиход понятие «устойчивое развитие» – весьма неточный перевод англоязычного термина sustain – поддерживать, подкреплять. Так что, скорее, sustainable development надо переводить как «поддерживающее или сбалансированное развитие».

  Международной комиссией по окружающей среде и  развитию в 1987 г. дано следующее определение: «Устойчивое развитие – это такое  развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности. Оно включает два ключевых понятия: 1) потребностей, в частности потребностей, необходимых для существования беднейших слоев населения, которые должны быть предметом первостепенного приоритета; 2) ограничений, обусловленных состоянием технологии и организацией общества, накладываемых на способность окружающей среды удовлетворять нынешние и будущие потребности».

  Ноосфера (от греч. noos - разум) - сфера разума, буквально «мыслящая оболочка». Термин введен в науку в конце 20-х годов нашего века. Однако до сих пор представления о ноосфере остаются крайне противоречивыми. Ноосферное учение признается, с одной стороны, как величайшее научное достижение, более того, как основной закон социальной экологии, с другой – как светлая, но зыбкая мечта об управляемой человеческим разумом окружающей среде или даже утопия.

  Главным творцом ноосферной концепции стал В.И. Вернадский. Двадцатилетним студентом Санкт-Петербургского университета, работая над рефератом, он записывает мысль, ставшую впоследствии одной из ведущих в его научном поиске: «Человек настоящего времени представляет из себя геологическую силу; сила эта все возрастает и предела ее возрастания не видно». К ноосферным идеям Вернадский пришел, изучая эволюцию биосферы; однако самого термина «ноосфера» он еще не использовал.

  Ключевые  положения концепции В. И. Вернадского: а)человечество – великая геологическая  сила; б)эта сила есть разум и воля человека как существа социально организованного; в)лик планеты изменен человеком настолько глубоко, что оказался затронутым ее биогеохимический метаболизм; г)человечество эволюционирует в сторону обособления от остальной биосферы.

  Изложенные идеи тогда же в Париже были горячо восприняты французскими коллегами – математиком, философом Е. Леруа и геологом, палеоантропологом, теологом П. Тейяром де Шарденом. Для обозначения «очеловеченной биосферы» ими был предложен термин «ноосфера», впервые появившийся в печати в 1925-1927 гг. В.И. Вернадский принял и поддержал его, стал широко использовать в своих последующих трудах. В 1937-1938 гг. он работает над философским и научно-историческим введением к «главной книге жизни» о химическом строении биосферы. Введение вылилось в самостоятельную фундаментальную монографию «Научная мысль как планетное явление».