Биосфера и современные взгляды на ее проблемы
В буквальном переводе срок “биосфера” означает сферу жизни и в таком содержании он в первый раз был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюсом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живаючи оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими натуралистами.
Сначала под всеми этими сроками имелась в виду только совокупность живых организмов, которые живут на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы.
Первым из биологов, что ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, которые находятся на поверхности земного шара и образовывающие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.
Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники ґрунтознавства, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, что стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной естественной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.
Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:
автотрофне – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;
гетеротрофне – здание организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;
Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, которая содержит всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая
находится в беспрестанном обмене с этими организмами.
Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.
Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.
Атмосфера имеет несколько рдел:
тропосфера – нижний слой, который примыкает к поверхности Земли (высота 9–17 км.). В нем около 80% газового состава атмосферы и всей водяной пары;
стратосфера;
ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.
Подавляющие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
Гидросфера – водяная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в разные естественные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды
содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.
Подавляющие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или другого элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, которые живут в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, что усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.
Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, которая составляет из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической граници Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи из минеральной (неорганической), являет собой ґрунт. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть ґрунту).
Подавляющие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Постепенно идея о тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном влиянии живых организмов и их систем на окружающих их физические, химические и геологические факторы все упорнее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и изменения, которые состоялись в общем подходе натуралистов к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособлено исследование явлений и процессов природы из позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Потому на рубеже ХІХ – ХХ ст. в науку все шире проникают идеи целостного, подходу к изучению природы, что в наше время сформировались в системный метод ее изучения.
Результаты такого подхода немедленно отразились при исследовании общих проблем влияния биотичних, живых ли, факторов на абиотични, физические ли, условия. Да, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, которые живут на песчаном ґрунті, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы. Число подобных примеров легко увеличить, и все они свидетельствуют о наличии обратной связи между живой и неживой природой, в результате которой живое вещество в значительной мере изменяет лик нашей Земли.
Таким образом, биосферу нельзя рассматривать в отрыве от неживой природы, от которой она, из одной стороны зависит, а с другой стороны – сама влияет на нее. Потому перед натуралистами возникает задача – конкретно исследовать, каким образом и в какой мере живое вещество влияет на физико-химические и геологические процессы, которые происходят на поверхности Земли и в земной коре. Только подобный подход может дать ясное и глубокое представление о концепции биосферы. Такую задачу именно и поставил перед собой выдающийся российский ученый Владимир Иванович Вернадский (1863 – 1945).
2. В. І. Вернадський о биосфере и “живому веществу”.
Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе, что В. І. Вернадський определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В. І. Вернадський включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от влияния других живых существ, во-первых, своей интенсивностью, которая увеличивается с ходом геологического времени;
Это влияние отражается в первую очередь в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека или погибают, или превращаются в дикие породы. Потому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единственного целого.
По мнению В.І.Вернадського, в прошлом не добавляли значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:
открытию Пастера о преимуществе оптически активных соединений, связанных из дисиметричнисттю пространственной структуры молекул, как отличительной черты живых тел;
явно недооценивался взнос живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, что В. І. Вернадський называет отсталыми (атмосфера, горные породы, минералы и т.д.), а также и биокосни тела, образованные из разнородных живых и отсталых тел (ґрунти, поверхностные воды и т.п.). Хотя живое вещество по объеме и весе составляет незначительную часть
биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением вида нашей планеты.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно потому В. І. Вернадський считает, что живые организмы являются функцией биосферы и самым тесным образом материально и энергетически с ней связанные, является геологической силищей, ее определяющей.