Эволюция биосферы

По данным современной науки возраст Земли оценивается в 4,6 млрд лет, а первые признаки жизни на ней появились, по данным палеонтологии, около 3,5-3,8 млрд лет назад. Первые живые организмы были гетеротрофами, которые использовали для жизнедеятельности абиогенные органические молекулы. Однако с течением времени происходило уменьшение концентрации свободного органического вещества в окружающей среде, и преимущество получали организмы, которые обретали способность синтезировать органические соединения из неорганических.

Таким путём 2-3 млрд лет тому назад возникли первые фотосинтезирующие клетки типа цианобактерий, способные использовать световую энергию для синтеза органических соединений из CO₂ и H₂O. Выделяя при этом О₂, автотрофы изменяли состав атмосферы, после чего она стала приобретать окислительный характер. Таким образом жизнь, возникшая на Земле, изменила те условия, которые сделали возможным её появление, в частности, атмосферу восстановительного типа, содержавшую метан, аммиак, сероводород и др. вещества.

С увеличением содержания кислорода в атмосфере сформировалась достаточно мощная озоновая оболочка (слой), которая защитила поверхность Земли от проникновения жёсткого космического, в том числе ультрафиолетового излучения. Это создало возможность для распространения жизни в толще океана к его поверхности и последующего выхода живых организмов на сушу. В течение палеозойской эры (начало - 570 ± 20 млн лет, конец - 340 ± 10 млн лет назад) жизнь, заполнив все моря, вышла на сушу.

Происходила интенсивная эволюция высших растений, представленных в палеозое почти всеми группами споровых и голосеменных. В палеозое сформировались основные типы и классы беспозвоночных, а также позвоночных, исключая птиц и млекопитающих. Если для первой половины палеозоя характерно господство водных, преимущественно морских беспозвоночных, появление рыбообразных и рыб, преобладание различных водорослей, то для второй половины - освоение суши растениями и животными (беспозвоночными, земноводными и пресмыкающимися).

Эволюция биосферы осуществлялась на протяжении её большей части истории под влиянием двух главных факторов:

1) естественных геологических и климатических изменений на планете;

2) изменений видового состава и количества живых существ в процессе биологической эволюции.

В третичном периоде кайнозойской эры добавился третий (современный) фактор - человеческое общество. Соответственно, этап биогенеза в эволюции биосферы сменился этапом ноогенеза.

В эволюции биосферы можно выделить следующие основные тен­денции:

1) постепенное увеличение общей её массы и продуктивности;

2) прогрессивное накопление аккумулированной солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли;

3) увеличение информационной ёмкости биосферы, проявляющейся в нарастающей диверсификации (росте разнообразия) органических форм, увеличении числа геохимических барьеров и возрастании дифференцированности физико-географической структуры биосферы;

4) усиление некоторых биогеохимических функций живого вещества и появление новых функций;

5) усиление преобразующего воздействия жизни на атмосферу, гидросферу и литосферу, увеличение роли живого вещества и продуктов его жизнедеятельности в геологических, геохимических и физико-географических процессах;

6) расширение сферы действия биотического круговорота и усложнение его структуры;

7) всё возрастающее трансформирующее воздействие человеческой деятельности. Если в эволюции живого вещества имеется непрерывный поток генетической информации и в геноме человека есть гены от всего ряда его предков, то в составе биосферы имеются виды различного геологического возраста - «экогеноэлементы», или «биоэлементы» экосистем. Происходит эволюционная замена этих биоэлементов, в региональных рамках иногда полная замена, включающая исчезновение предшественников.

Массовое истребление видов человеком не могло не изменить естественных процессов. Например, плиоценовое исчезновение крупных животных, видимо, происходило не только в результате прямого преследования, но и из-за нарушения цепей питания, что вело к преобразованию экосистем в целом. Современное уничтожение видов, идущее намного быстрее, чем во времена плиоценового перепромысла, ведет к процессам, в результате которых снижается биомасса, продуктивность и информационность биосферы, меняется характер аккумуляции солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли и т.д.

Ноосфера - высший этап эволюции биосферы. Человек как природный объект и активный элемент биосферы

Ноосфера - новое состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится главным определяющим фактором её развития. Понятие «ноосфера» было введено в науку французским философом Э. Леруа и французским палеонтологом, философом и теологом П. Тейяром де Шарденом в 1927 году. Однако они дали идеалистическое толкование ноосферы как особого надбиосферного «мыслительного пласта», окутывающего планету. В 30-40-х годах ХХ века В.И. Вернадский развил представление о ноосфере с материалистических позиций.

Он понимал ноосферу как качественно новую форму организованности, возникающую при взаимодействии биосферы и общества, как новое эволюционное состояние биосферы, целенаправленно преобразуемой в интересах человечества. Науку о взаимоотношении между человеческим обществом и природой назвали ноогеникой. Основная её задача - исправление нарушений во взаимосвязях человека и природы, вызванных прогрессом техники.

На начальном этапе воздействия человека на природу не отличались от воздействия других живых организмов. Извлекая из окружающей среды средства для существования в таком количестве, которое полностью восстанавливалось, и возвращая в среду продукты жизнедеятельности, которые использовались другими организмами, человек не нарушал биотический круговорот вещества и энергии в биосфере. Однако в результате научно-технического прогресса, а также во многом стихийного роста промышленности, энергетики, транспорта, широкой химизации сельского хозяйства и быта, быстрого роста народонаселения и урбанизации планеты биотический круговорот резко нарушился, стал незамкнутым. Человек, извлекающий сырьё во всё возрастающем количестве, производит такие вещества, которые не используются другими организмами, накапливаясь в биосфере.

Ежегодно из Земли извлекается более 100 млрд тонн различных пород; сжигается около 1 млрд тонн условного топлива; выбрасывается в атмосферу около 20 млрд тонн СО₂, 300 млн тонн СО, 50 млн тонн NO, 150 млн тонн SO₂, 4-5 млн тонн H₂S и других вредных газов, более 400 млн тонн частиц золы, сажи, пыли; сбрасывается в гидросферу около
600 млрд тонн промышленных и бытовых стоков, около 10 млн тонн нефти и нефтепродуктов; вносится в почву около 100 млн тонн минеральных удобрений. В биосферу поступает около 50% извлечённых из недр металлов, 30% химического сырья, до 67% тепла, вырабатываемого теплоэлектростанциями. Каждый год создаются сотни тысяч тонн не встречавшихся ранее в биосфере химических соединений (ксенобиотиков и др.), многие из которых не поддаются биологическому и физическому разрушению.

Естественные процессы метаболизма и разбавляющая способность атмосферы и гидросферы в ряде районов планеты уже не в состоянии нейтрализовать вредное действие хозяйствования человека. Накопление персистентных (стойких) загрязняющих веществ, которые почти не разрушаются в природе, нарушает сложившиеся в ходе длительной эволюции природные системы и связи в биосфере, подрывает способность природных комплексов к саморегуляции.

С 30-х гг. ХХ века стала очевидной опасность истощения природных ресурсов, как невозобновляемых (нефть, уголь, руды), так и возобновляемых (растительный, животный мир и др.). С середины ХХ века воздействие человека на природу приняло глобальный характер.

За период с конца XVI века до 70-х гг. ХХ века с лица Земли исчезли (главным образом из-за разрушения местообитаний) 109 видов птиц, 64 вида млекопитающих, 20 видов пресмыкающихся. С начала 80-х гг. ХХ века ежедневно исчезал, по данным МСОП, 1 вид (подвид) животных. Вымирание угрожает почти 1000 ныне живущим видам птиц и млекопитающих (примерно половина из них находится в тропических лесах, которые сводятся со скоростью несколько десятков га в минуту). Не менее 1/4-1/6 суши уже лишены естественного растительного покрова.

Под угрозой исчезновения находится каждый 10-й вид высших растений, каждый 4-й вид земноводных и каждый 7-й вид пресмыкающихся. Под прессом сильного хозяйственного воздействия находится около 50% суши. Большие площади коренных биогеоценозов замещаются вторичными, более упрощёнными, однообразными по составу и структуре, с заметно пониженной продуктивностью. Естественный покров степной зоны сменился посевами и насаждениями культурных растений, городскими и индустриальными территориями.

Сформулированы принципы сохранения биосферы, имеющие основополагающее значение для ноогеники:

1) принцип необходимости разнообразия природы (только многообразная и разнообразная живая природа оказывается устойчивой и высокопродуктивной);

2) принцип потенциальной полезности каждого компонента природы (сейчас трудно предвидеть возможное значение каждого вида организмов для человека в будущем);

3) принцип всеобщности связи в живой природе (выпадение какого-либо одного звена в сложной цепи трофических и иных связей в природе часто приводит к непредвиденным результатам).

Перед человечеством стоит актуальная проблема разработки методов и способов сознательного регулирования обмена веществом и энергией между человечеством и биосферой, включения человеческой деятельности в биогеохимические циклы с учётом важнейших закономерностей развития биосферы.

Путями её решения являются:

а) экологизация экономики (включая промышленность, энергетику, транспорт, сельское хозяйство) посредством развития безотходной и малоотходной технологии, перехода на циклическое использование водных и других ресурсов;

б) экологизация права и сознания людей.

В настоящее время человечество стоит на пороге экологического кризиса, превращения биосферы в непригодную для жизни техносферу. Положительное влияние человека на биосферу (выведение новых пород и сортов, создание культурных биогеоценозов с высокой биопродуктивностью, выведение штаммов полезных микроорганизмов как основы микробиологической промышленности, интродукция полезных видов в новые условия обитания) несравнимы с отрицательными последствиями его деятельности.

Уничтожение лесов резко нарушило водный режим планеты. Мелеют реки, истощаются запасы грунтовых вод, возрастают потери от эрозии почв, возрастает степень загрязнённости природной среды промышленными отходами, пестицидами, радиоактивными веществами. Искусственные биоценозы, благодаря усилиям человека, теснят естественные биоценозы. 20% суши в настоящее время уже полностью «преобразовано» человеком. Во второй половине ХХ века как никогда ранее остро встала проблема объединения усилий всего человечества для спасения среды его обитания. Действия человека должны приобрести единый, согласованный с законами существования и развития биосферы характер.