Ключевые слова – биосфера, ноосфера, живое вещество, геологический и геохимический фактор, глобальные экологические проблемы.
Основные вопросы и краткое содержание:
1. Учение В.И.Вернадского о биосфере и ноосфере
2. Концепция живого вещества и его глобальная роль в биосфере
3. Концепция антропогенного воздействия как мощного геологического и геохимического фактора. Место человека в экологической системе
4. Глобальные биогеохимические циклы
5. Современные проблемы биосферы
Учение о биосфере. Начало учения о биосфере связывают с именем знаменитого французского натуралиста Ж-Б. Ламарка (1744-1829). Однако сам термин биосфера впервые был введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году в работе по геологии Альп. Однако он не раскрывал содержания самого понятия биосферы. И только В.И. Вернадский создал стройное учение о биосфере (Рисунок 1). Под биосферой В.И. Вернадский понимал тонкую оболочку Земли на стыке трех геологических сфер - литосферы, атмосферы и гидросферы, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. В атмосфере верхние слои жизни определяются озоновым экраном (наибольшая концентрация озона – О3), расположенном на высоте 16-20 км. Гидросфера полностью пронизана жизнью до самых глубоких океанических впадин (Марианский желоб в Тихом океане ~11 км). В твердую часть Земли жизнь проникает до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях). Нижний предел жизни связан с повышением температуры в земных недрах, на глубине 3 км температура достигает 100о С. Основной особенностью биосферы является наличие в ней живого вещества – совокупности всех живых организмов, представляющих собой мощную геологическую силу. Под их влиянием происходит преобразование лика Земли. Они участвуют в образовании различных минеральных пород, пресной воды, атмосферы. Все живые организмы являются преобразователями солнечной энергии и влияют на геологические процессы. В биосфере происходит непрерывный круговорот различных веществ, благодаря деятельности живых организмов (Схемы 8-10). Но поскольку биосфера получает энергию извне, то она является открытой системой. Неживой компонент биосферы – это те части трех геологических оболочек Земли, которые связаны с живым веществом биосферы сложными процессами миграции вещества и энергии. Границы биосферы являются границами жизни.
Живое вещество биосферы выполняет следующие основные функции: энергетическую, деструктивную, концентрационную и средообразующую.
Энергетическая функция выполняется зелеными растениями, которые в процессе фотосинтеза аккумулируют солнечную энергию в виде разнообразных химических соединений. Эта энергия распределяется внутри экосистемы в виде пищи между животными. В конечном счете, эта энергия рассеивается в окружающей среде. Однако часть ее может накапливаться в отмершем органическом веществе и переходить в ископаемое состояние, образуя залежи горючих полезных ископаемых – торфа, каменного угля и нефти, являющихся энергетической базой для человеческого общества.
Деструктивная функция заключается в разложении и минерализации мертвого органического вещества, химическом разложении горных пород и вовлечении образовавшихся минералов в биотический круговорот. Мертвое органическое вещество разлагается до простых неорганических соединений: углекислого газа, воды, сероводорода, метана, аммиака и др., которые вновь используются в начальном звене круговорота. Этим занимаются специальные организмы – редуценты, или деструкторы.
Концентрационная функция заключается в избирательном накоплении организмами в процессе жизнедеятельности атомов веществ, рассеянных в природе. Одной из характерных особенностей живого вещества является способность концентрировать химические элементы из разбавленных растворов. Наиболее активными концентратами являются микроорганизмы. Осуществление данной функции способствовало образованию залежей полезных ископаемых (известняка, мела и т.д.).
Средообразующая функция заключается в трансформации физико-химических параметров среды (атмосферы, литосферы и гидросферы) в условия, благоприятные для существования организмов. Эта функция является совместным результатом всех трех рассмотренных выше функций живого вещества биосферы. Благодаря этой функции живое вещество создало и поддерживает в равновесии баланс вещества и энергии в биосфере, поддерживает стабильность существования организмов. Живое вещество способно восстанавливать условия и места обитания, нарушенных в результате природных катастроф или хозяйственной деятельности человека. Эту способность живого вещества к регенерации природных экологических условий выражает принцип Ле Шателье, заимствованный из области термодинамических равновесий, суть которого состоит следующем: изменение любых переменных в системе в ответ на внешние возмущения происходит в направлении компенсации производимых возмущений. В теории управления аналогичное явление носит название отрицательных обратных связей. Благодаря этим связям система поддерживает свою устойчивость и возвращается в первоначальное состояние, если производимые возмущения не превышают пороговых значений. В результате средообразующей функции в географической оболочке Земли произошли такие важнейшие события, как преобразование газового состава первичной атмосферы; изменение химического состава вод первичного океана; образование толщи осадочных пород в литосфере; возникновение на поверхности суши плодородного почвенного покрова. Основой функционирования живого вещества в биосфере является биотический круговорот веществ, который обеспечивается взаимодействием трех функциональных групп. Движущей силой этого круговорота является солнечная энергия.
Эволюция биосферы привела к появлению ноосферы (от греч. noos – разум) – сферы разума, «мыслящей оболочки». Основоположником учения о ноосфере является В.И. Вернадский. Ключевые положения ноосферной концепции В.И.Вернадского сводятся к следующему: человечество – великая геологическая сила; эта сила есть разум и воля человека как существа социально организованного; лик планеты изменен настолько глубоко, что оказался затронутым ее биогеохимический метаболизм; человечество эволюционирует в сторону обособления от остальной биосферы. В.И. Вернадский считал, что биосфера должна закономерно перейти в ноосферу, и, познавая законы природы и развивая технику, человек должен придать ей новые черты – черты более высокой организации.
Круговорот углерода
Круговорот воды
Круговорот азота
Современный период развития биосферы характеризуется глобальным загрязнением природной среды, что приводит к изменениям ее физико-химических параметров и, как результат, сокращению биоразнообразия и ухудшению здоровья человека.
Вопросы для самоконтроля:
1. Кто является автором учения о биосфере
2. Что подразумевал под биосферой В.И. Вернадский
3. Каковы отличительные особенности биосферы от геологических сфер Земли
4. Какова мощность биосферы и чем обусловлены ее границы
5. Что такое живое вещество биосферы и каковы его функции
6. В чем заключается планетарная (геологическая) роль живого вещества
биосферы
7. Что является движущей силой глобальных биогеохимических циклов
8. Что собой представляет ноосфера
Рекомендуемая литература:
1. Вернадский В.И. «Философские мысли натуралиста», М., «Наука», 1988.
3. Вернадский В.И. «Живое вещество», М., «Наука», 1969 г.
4. Никаноров A.M., Хорунжая Т.А.. «Глобальная экология», М., ЗАО, «Книга сервис», 2003.
5. Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М., «ФАИР-ПРЕСС»,2003.
6. Колумбаева С.Ж., Бильдебаева P.M. Общая экология. Алматы, «Қазақ университеті», 2006.