Законы и принципы, используемые в биогеохимии

Любое явление мира может  идти вперед и назад и одинаково  отсчитываться временем. Ничего подобного  не обнаруживается в жизненном времени  или времени-длении Бергсона, направление которого определяется жизненным порывом и творческой эволюции. Иначе говоря, обратное движение здесь невозможно и противоестественно.

 С этой проблемой  и связана вторая важнейшая  особенность концепции времени В.И.Вернадского.

 Необходимо отметить, что попытки доказательства необратимости  времени при жизни Вернадского  предпринимались с позиций физической  науки. Необратимость физических  процессов обосновывалась прежде всего с помощью так называемых фактуальных “стрел времени” (выражение Артура Эддингтона). Обычно приводили три таких стрелы - термодинамическая, электромагнитная и космологическая (позднее стали называть еще информационную). Первая из них основана на факте неизбежного рассеивания тепловой энергии, возрастания энтропии в замкнутых системах; вторая связана с процессами рассеивания электромагнитного излучения, которое распространяется в виде сферической волны и никогда не возвращается назад; третья базируется на концепции расширяющейся Вселенной, удалении космических тел друг от друга. Но ни один из данных подходов не может считаться физически строго обоснованным. Как законы м еханики и электродинамики, так и законы теории относительности, квантовой физики по сути безразличны к изменению знака направления времени, т.е. теоретически при изменении направления развития на противоположное в физических процессах ничего не меняется.

 На этом фоне аргументация  В. И. Вернадского о необратимости  времени выгодно отличается. Он  утверждает, что, вступая в область  жизненных процессов, мы гораздо  глубже проникаем в реальность  и приходим к новому пониманию времени. В явлениях жизни вектор времени имеет вполне определённое и однозначное направление.

 Физическое (или ньютоновское) время, по его мнению, не отражается в явлениях и фактах, изучаемых наукой, ибо реальные явления и факты лишь находятся в нём и не дают о нём никакого понятия. Такое время оказывается однородным и неизменным т.е. обратимым.

 Жизненное время, напротив, само создаётся и проявляется в ходе эволюции жизни. Поэтому оно выражается в научных явлениях и может быть предметом изучения науки и философии. Это время оказывается неоднородным и необратимым. Оно идёт в одну сторону, т.е. в направлении эволюционного жизненного процесса.

 Биологические процессы  обычно имеют чётко выраженный  направленный характер (как прогрессивный,  перспективный, так и регрессивный, тупиковый). Однако в целом эволюция  живого связана с движением  к более богатому содержанию, появлением новых качеств и  свойств развитии каждого организма  и всего вида. Свидетельством  тому является “единый процесс  эволюции видов, неуклонно идущий  всё время в одном и том  же направлении. Он идёт с  разной скоростью для разных  видов, с остановками, но в общем картина живой природы постоянно меняется, не останавливаясь и не возвращаясь назад”.

Что касается мёртвой материи  или косного вещества, то здесь  эволюционный процесс проявляется  только тогда, когда имеется связь  с большими массами живого существа. Другими словами, минералы, образующееся при разрушенни остатков живых организмов, изменяются стечением времени по причине изменения физическо-химических свойств живых организмов. Такие биогенные минералы оказываются, с точки зрения Вернадского, единственным проявлением эволюции в неживой природе.

Ещё одним отличительным  свойством жизненного времени для  нас является его переживаемость человеком, т.е. восприятие его как длительности, имеющей начало, конец и направление. Причём деление времени на прошлое, настоящие и будущее, свойственное человеку и пронизывающее всю его жизнь, распространяется им на все природные процессы. Вернадский называет это великой загадкой “вчера-сегодня-завтра”, стирающей грань между психологическим и физическим временем.

 Итак, необратимость присуща,  согласно Вернадскому, лишь эволюции  живого и эволюции научной  мысли человечества, прогрессу знания. Ссылаясь на историю научного  познания, приводя многочисленные  конкретные аргументы, Вернадский  пишет, что в последние семь  тысяч лет, “всё увеличиваясь  в темпах, идёт непрерывное создание  ноосферы и прочно – в основном без движения назад, но с остановками, всё уменьшающимися в длительности – идёт рост культурной биогеохимической энергии человечества. Растёт сознание, что этому росту нет непреодолимых пределов, что это стихийное геологическое явление”. Вместе с тем этот процесс является планетным процессом, т.е. ограниченным в пространстве и времени. Отсюда следует, что необратимость развития планетной мысли, как и биологическая эволюция, сами по себе не могут носить абсолютного характера.

Интересно, что представления  Вернадского о необратимости  времени удивительно точно нашли  отражение в идеях бельгийского физика Ильи Пригожина – одного из создателей столь популярной ныне в науке синергетики или теории диссипативных структур.

Вернадский показывает, что  в динамическом равновесии такое  свойство времени как необратимость  исчезает. Равновесие выражается в  обратимых процессах. А почти  полвека спустя И. Пригожин получает Нобелевскую премию за работы по термодинамике  неравновесных систем. В своей  известной книге “Порядок из хаоса” (написанной совместно с И. Стенгерс) он доказывает, что переход от теплового хаоса к порядку, упорядоченной физической структуре может совершатся только в сильно неравновесных условиях. Но, согласно Вернадскому, и биосфера в целом и её живые или неживые компоненты существуют именно в неравновесных условиях. И в этом смысле жизнь предстаёт перед нами как высшее проявление процессов самоорганизации, происходящих в природе.

Причём неравновесие само по себе не создаёт стрелу времени, а лишь позволяет ей проявиться, обнаруживает направление развития в сторону равновесия. В синергетической  системе реализуется самоорганизация, самоупорядочение в пространстве и времени. Здесь малые изменения начальных условий, от которых существенно зависит дальнейшее поведение системы, возрастают до макроскопического уровня. Тем самым состояние неравновесия даёт возможность увидеть вектор времени, открывая для науки фазовые переходы, качественные изменения, необратимость там, где ранее господствовала обратимость, т.е. повторение одного и того же.

Таким образом, концепция  времени Вернадского, будучи существенно  важной стороной его научных и  философских идей, несомненно способствовала, как и вся его методология познания, формированию современной научной картины мира и продолжает подпитывать её развитие.

 

 

 

Биогеохимия

Биогеохимия -  наука о  системной организованности биосферы и биогенных циклах химических элементов, в основе которых лежит эволюционное единство жизни, живого вещества и среды, определяющее закономерности биогенной  миграции атомов и форм их биогенных соединений.

Отрасль геохимии, которая  занимается изучением состава живых  организмов и участии живого вещества и продуктов его разложения в  процессах миграции, распределения, рассеивания и накопления химических элементов.

Комплексная научная дисциплина на стыке биологии и геохимии, изучающая  химию живых организмов и их участие  в геохимических процессах, происходящих в биосфере земли.

В основе биогеохимии лежит  концепция ведущей роли живого вещества в геохимических процессах, происходящих в пределах Земли, как в

Основные понятия и  принципы, используемые в биогеохимии

Биосфера – термин австрийского геолога Зюсса (1875 г.), под которым  он понимал область, пронизанную  жизнью. Учение о биосфере, ее строении, свойствах, структуре и функциях разработано В.И. Вернадским. В основе учения о биосфере лежат представления  о планетарной геохимической  роли живых организмов. Согласно В.А. Ковде, биосфера – это сложная  многокомпонентная общепланетарная  термодинамически открытая саморегулирующаяся система живого вещества и неживой материи, аккумулирующая и перераспределяющая огромные ресурсы энергии и определяющая состав и динамику земной коры, атмосферы и гидросферы. Основными компонентами биосферы являются: живое вещество (совокупность живых организмов), биогенное вещество (продукты, созданные живым веществом, например: угли, торфа, сапропели, гумус) и биокосное вещество (продукты, образовавшиеся в результате взаимодействия живых организмов и неживой материи – почвы, осадочные породы, некоторые газы). К важнейшим свойствам биосферы относят: разнообразие живых организмов, ассиметричность распределения живого вещества по лику планеты, а также пластичность и резистентность. Толщина биосферы составляет около 40 км. Основной элементарной ячейкой биосферы является биогеоценоз. Таксоны биосферы – единицы иерархического подразделения биосферы:

1) таксоны первого порядка  объединяют регионы биосферы, имеющие  географические признаки почвенно-климатических  зон или их сочетаний, но  с учетом качественной и количественной  характеристики биогеохимической  пищевой цепи химических элементов (биогенных циклов) и преобладающих биологических реакций организмов на естественный химический состав среды или ее техногенные изменения (к последним относятся, например, изменение химического состава организмов, обмена веществ, пороговой чувствительности, различных реакций в виде эндемических заболеваний);

2) таксоны второго порядка,  именуемые субрегионами, разделяются на две группы:

субрегионы биосферы, в которых комбинируются признаки региона по концентрациям, достигающим пороговых величин, и возможному проявлению специфических биологических реакций;

субрегионы, признаки которых не способствуют характеристике региона - они обычно образуются под рудными телами при рассеянии концентрированных в них элементов, в бессточных районах, в районах вулканизма, а также при техногенных загрязнениях биосферы;

3) таксоны третьего порядка  включают в себя БГХ провинции  – территории различных размеров  в составе субрегионов биосферы с постоянными характерными реакциями организмов (например, эндемические заболевания). Различают естественные и техногенные БГХ провинции (Ковальский, 1978).

Законы  и принципы, используемые в биогеохимии

Закон Вернадского – положение о миграции химических элементов в биосфере при непосредственном участии живого вещества или миграции в среде, свойства которой обусловлены действием живого вещества в настоящем или прошлом.

Закон Кларка-Вернадского – положение о всеобщем рассеянии химических элементов. Для редких элементов оно является основным, так как они не образуют собственных минералов; для большинства элементов это положение преобладающее, и только для кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, натрия, калия и магния главной формой нахождения являются собственные минералы.

Закон сохранения общей биомассы – математическое выражение эмпирического обобщения В.И. Вернадского о постоянстве количества живого вещества в течение всего геологического времени.

Закон физико-химического  единства живого вещества (В.И. Вернадского). Сущность заключается в физико-химическом единстве живого вещества. Частным следствием из закона является то, что вредное для одной части живого вещества не может быть безразлично для другой его части.

Биогеохимические законы В.И. Вернадского:

• биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению;
• эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, идет в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы;
• в течение всего геологического времени заселение планеты применительно к тому или иному периоду должно быть максимально возможным для всего живого вещества, которое всегда существовало.

Основной принцип системного подхода при изучении биологического круговорота сводится к:

• выделению экосистемы как самостоятельной единицы изучаемого объекта;
• расчленению экосистемы на компоненты того или иного уровня агрегации (например, растения, животные, почва и т.д.);
• установление внутренних связей между компонентами и связей экосистемы с другими экосистемами, а также связей с внешними атмосферными и гидротермическими объектами

Принцип эмерджентности – следствие иерархической организации природных систем, результатом которой является возникновение новых (неожиданных) свойств по мере объединения компонентов в более крупные функциональные единицы, отсутствующие на предыдущем уровне. Возникновение новых свойств обязано взаимодействию компонентов, процессу интегрирования, а не изменению природы этих компонентов. Различают эмерджентные свойства, описанные выше, и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств компонентов. Принцип эмерджентности объясняет возможность изучения целого без тщательного рассмотрения всех компонентов. Эмерджентность или интегрированность системы – это свойства целого, не выводимые из свойств частей, т.е. не присущи ни одной отдельно взятой части. Таким свойством, например, является продуктивность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. М., 1991.
2. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. М., 1988. С.36.
3. Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. С.244-245.
4. Вернадский В.И. Философские мысли натуралиста. С. 126.
5. Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. С. 143.
6. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса., 1986.