Концепції В.І. Вернадського про біосферу

Література

План

Лекція 7. Природознавство і вчення про біосферу. Природоохоронний рух на Полтавщині

1. Концепції В.І. Вернадського про біосферу.

2. В.І. Вернадський і вчення про ноосферу.

3. Зв’язки В.І. Вернадського з Полтавщиною.

4. Природоохоронний рух на Полтавщині.

1. Гриньова М.В., Паляниця О.В. Природознавство. Навчальний посібник. — Полтава: ПНПУ, 2012. — 252 с.

2. Закалюжний В.М., Паляниця О.В. Товавриства дослідників і любителів природи — осередки природоохоронного руху в Україні / Природоохоронний рух на Полтавщині. Матеріали науково-практичної конференції. — Полтава: Верстка, 2006. — С. 5–8.

3. Игнатова В.А. Естествознание: Учебное пособие. –– М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. –– 254 с.

4. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учеб. для вузов. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2003. — 488 с.

5. Кигим С.Л. З історії природоохоронного руху на Полтавщині / Природоохоронний рух на Полтавщині. Матеріали науково-практичної конференції. — Полтава: Верстка, 2006. — С. 9–13.

6. Концепции современного естествознания: Под ред. профессора С.И. Самыгина. — 4-е изд., перераб. и доп. — Ростов-на-Дону: «Феникс», 2003. — 448 с.

7. Концепції сучасного природознавства: Підручник / Я.С. Карпов, В.В. Кисельник, В.Г. Кремінь та ін. — К.: Професіонал, 2004. — 496 с.

8. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учебник. — Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. — 622 с.

9. Ткаченко О.П., Ніконенко Т.П. З історії діяльності Полтавської обласної організації Українського товариства охорони природи / Природоохоронний рух на Полтавщині. Матеріали науково-практичної конференції. — Полтава: Верстка, 2006. — С. 24–28.

Факти про біосферу накопичувалися поступово завдяки розвитку переважно біологічних наук: ботаніки, географії, ґрунтознавства. Ще на початку XIX століття в природознавстві утвердився термін «біосфера» — сфера життя. Він охоплює всі складові нашої планети, де є життя. Це й атмосфера, і океан, і всі частини земної поверхні, де спостерігається життя в будь-яких його формах. Проблеми виникнення й розвитку біосфери стають наприкінці XIX століття найважливішим розділом природознавства. Один із найвидатніших натуралістів — академік В. І. Вернадський — присвятив своє життя вивченню процесів, що відбуваються в біосфері. У 1926 р. було опубліковано його книгу «Біосфера». Із цього часу, тобто від початку XX століття, поняття «біосфера» стає складовою частиною системи знань про Землю. До цього часу термін «біосфера» хоч і вживався в роботах австралійського геолога 3. Зюсса, проте не утвердився в науці через нечіткість визначення змісту, а головне — через недостатню обґрунтованість того, що він необхідний поряд з означеннями давно відомих геосфер.

Володимир Іванович Вернадський народився в Петербурзі 28 лютого (12 березня) 1863 року. Російський та український натураліст, видатний мислитель, мінералог і кристалограф, основоположник геохімії, біогеохімії, радіології і вчення про біосферу, організатор багатьох наукових установ, академік Академії наук СРСР, перший президент Академії наук Української РСР (1919), член Чехословацької (1926) і Паризької (1928) академій наук.

У 1885 році Володимир Іванович закінчив фізико-математичний факультет Петербурзького університету. З 1890 р. — приват-доцент мінералогії Московського університету. Із 1998 по 1911 рік — професор Московського університету. Брав участь у земському русі на захист вищої школи. На знак протесту проти реакційної політики царського уряду залишив викладання в Московському університеті. З 1914 року працює директором геологічного й мінералогічного музею Петербурзької академії наук.

В. І. Вернадський був одним з організаторів Комісії з вивчення природних продуктивних сил Росії, з якої пізніше виросли відомі інститути: керамічний, оптичний, радієвий, фізико-хімічний та ін. З 1922 року по 1939 рік В.І.Вернадський обіймав посаду директора організованого ним Державного радієвого інституту. У 1927 році заснував в Академії наук СРСР Відділ живої речовини, перетворений у 1929 р. на Біогеохімічну лабораторію. З 1927 по 1945 рік Вернадський очолював цю наукову установу; пізніше її було реорганізовано в Інститут геохімії та аналітичної хімії імені Вернадського. В. Вернадський був одним з організаторів Комісії з вивчення вічної мерзлоти (нині Інститут мерзлотознавства). У 1937 році з його ініціативи було створено Міжнародну комісію з визначення віку порід за допомогою радіоактивного методу. У 1939 р. Вернадський разом з іншими вченими організував Комісію з ізотопів. Працював у Парижі (у Радієвому інституті М. Склодовської-Кюрі в Сорбонні), у Празі (у Кардовому університеті) й інших.

З наукової школи В. І. Вернадського вийшли О. Є. Ферсман, Д. І. Щербаков, О. П. Виноградов, В. Г. Хлопін, К. О. Ненадкевич, А. А. Садков, Я. В. Самойлов та ін.

Помер Володимир Іванович Вернадський 6 січня 1945 року в Москві. За видатні заслуги в галузі науки й техніки був удостоєний Державної премії СРСР (1943). Нагороджений орденом Трудового Червоного Прапора.

В Академії наук СРСР і МДУ з 1945 р. встановлено по 2 стипендії ім. В. І. Вернадського. Крім того, в АН СРСР установлено грошову премію (з 1943 р.) і золоту медаль (з 1963 р.) імені В.І. Вернадського.

У своїх дослідженнях В. І. Вернадський висунув важливі наукові проблеми, які мають велике практичне значення: будова силікатів, геохімічних рідкісних і розсіяних елементів, пошук радіоактивних мінералів, роль організмів у геохімічних процесах, визначення абсолютного віку гірських порід і багато інших. У «Досвіді описової мінералогії» (1908-1922 р.) та «Історії мінералів кори» (1923-1936 р.) Вернадський висунув нову еволюційну теорію походження мінералів (генетичну мінералогію). Велике значення мали дослідження Вернадського в галузі будови силікатів, учення про єдність вод Землі.

Створена Вернадським біогеохімія вивчає геохімічні процеси, у яких беруть участь організми. Вернадський — основоположник сучасного вчення про біосферу. Сукупність живих організмів у біосфері він назвав живою речовиною. Відповідно до його вчення жива речовина, трансформуючи сонячне випромінювання, вводить неорганічну матерію в невпинний кругообіг. Величезна роль учення Вернадського про біосферу і її розвиток стала зрозумілою повною мірою з другої половини XX століття. Цьому сприяв ряд чинників: з одного боку — розвиток екології, в якій поняття біосфери стало одним з основних, а з іншого боку — розвиток сучасної науково-технічної революції. На вимогу часу вивчення проблеми впливу людства на природу стало одним із першочергових завдань науки. Біосфера під впливом наукових досягнень і людської праці поступово переходить до якісно нового стану — ноосфери — сфери розуму. Ідеї вченого про ноосферу, які являють собою велике філософське узагальнення, виникли на межі двох основних напрямків його наукової діяльності — біогеохімії та історії наук. Останній Вернадський приділяв особливу увагу, наголошуючи на тому, що в моменти злету наукової творчості, науково-технічної революції «наукова думка є знаряддям для досягнення нового». Аналіз еволюції наукової думки й наукового світогляду, а також дослідження структури науки, які виконав Вернадський, є найбільшим внеском у наукознавство, одним з основоположників якого він є. Багато сторінок його праць присвячені фундаментальним філософським проблемам природознавства. Учений підкреслював, що XX століття є періодом корінної зміни усталених природничонаукових уявлень.

У роботі В.І. Вернадського «Біосфера» вперше на багатому фактичному матеріалі було не тільки розкрито зміст поняття «біосфера», але й обгрунтовано, наскільки це поняття є важливим для розуміння сутності фактично всіх явищ, що відбуваються на поверхні Землі.

У наступних працях В. І. Вернадський усебічно розвинув учення про біосферу. У його роботах немає універсального, застиглого поняття біосфери, якого б учений потім дотримувався як єдино вірного, але весь хід його міркувань дає підстави вважати, що біосфера — це цілісна геологічна оболонка Землі, наповнена життям і якісно перетворена ним у напрямку формування й підвищення придатних для життя властивостей.

Відповідно до поглядів В. І. Вернадського, які в наш час є фундаментом для системного вивчення планети, увесь вигляд Землі, усі її ландшафти, її атмосфера, хімічний склад її вод, уся товща осадових порід — усе це завдячує своїм походженням життю — і насамперед життю.

Саме життя, чи, як говорив В. І. Вернадський, жива речовина, визначило в першу чергу ті еволюційні процеси, які зробили нашу планету такою, якою вона є. Якби життя одного разу не виникло на Землі, то наша планета, подібно до Місяця, не помічала б, як спливають мільйони років, протягом яких на ЇЇ поверхні практично нічого не змінювалося б. Життя, згідно з ученням В. І. Вернадського, — це сполучна ланка між космосом і Землею, ланка, яка, використовуючи енергію, що надходить на Землю з космосу (і насамперед від Сонця) трансформує мертву (або інертну, за термінологією В. І. Вернадського) речовину, створює нові форми матеріального світу, у мільйони разів прискорюючи всі процеси розвитку, які протікають на Землі. Життя, писав В. І. Вернадський, — це тонка плівка між Космосом і Землею; завдяки її здатності засвоювати енергію космосу і відбулися дивні трансформації мертвої речовини, які перетворили «місячні пейзажі», які й досі вкривають поверхню нашої сусідки, на прекрасний лик сучасної Землі. Поява життя на Землі — це природний етап у її розвитку, який ознаменував якісну зміну напрямку в еволюції Землі як космічного тіла.

В. І. Вернадський особисто не досліджував проблему виникнення життя. Він розглядав його появу на Землі як деяке «емпіричне узагальнення» Цей термін, запропонований В.І. Вернадським, означає, що цей факт сприймається шляхом досвіду — «так є насправді». Разом з тим він розглядав життя як явище космічне, не вважаючи його винятковим привілеєм Землі. Вернадський припускав, що життя — це природний етап самоорганізації матерії в будь-якій частині космосу, матерії у її невпинному русі, що приводить до виникнення все нових і нових форм її існування на шляху невпинного ускладнення. Життя — це лише одна з можливих форм існування матерії — і не більше. Та обережність, з якою В. І. Вернадський ставився до проблем виникнення й утвердження життя на Землі, пов'язана з фактом асиметрії, оптичної неоднорідності молекул речовини, або речовини, породженої процесами життєдіяльності. Цей факт був добре відомий В. І. Вернадському, оскільки ще в XIX столітті Л. Пастер і Т. Кюрі виявили одну дивну особливість молекул живої речовини — вони обертають площину поляризації світла, яке проходить через них, тобто їм властива відома дисиметрія — цим пояснюється їх оптична активність. Жива речовина складається з дисиметричних, чи, як кажуть, хіральних, молекул, які можуть існувати у двох дзеркально симетричних формах, причому у всій біосфері вони зустрічаються тільки в якій-небудь одній певній із цих двох форм. Це найважливіша властивість живої речовини, тому що речовина, не пов'язана з життєдіяльністю, не має властивостей хіральності. Це одна з найдивніших загадок природи. Але це емпіричний факт.

У роботі В. І.Вернадського «Біосфера» вперше на багатому фактичному матеріалі було не тільки чітко окреслено зміст поняття «біосфера», але й доведено, наскільки це поняття є важливим для розуміння сутності фактично всіх явищ, які відбуваються на поверхні Землі. У наступних працях В. І. Вернадський усебічно розвинув учення про біосферу. У його роботах немає універсального, статичного поняття біосфери, якого б учений потім притримувався як єдино допустимого, але весь хід його міркувань дає підстави вважати, що біосфера — це цілісна геологічна оболонка Землі, пронизана життям і якісно змінена ним у напрямку формування й поліпшення придатних для життя умов. Організми не просто живуть на поверхні планети, як в якомусь помешканні, а тисячами ниток генетичне й актуально пов'язані із середовищем свого існування процесами неперервного обміну речовиною та енергією.

У результаті обмінних процесів змінюються не тільки самі організми, але й навколишнє абіотичне середовище. Гірські породи, повітря, уся поверхня суші під впливом організмів набувають нових властивостей, стають біогенними. Це значить, що змінюється хімічний склад компонентів неживої природи, стає іншою динаміка фізичних і хімічних процесів, які відбуваються в них, виникають нові закономірності взаємодії й розвитку тіл неживої природи, що, у свою чергу, обумовлює нові зміни у всій сукупності організмів, які складають біосферу.

Нижню границю біосфери на материках умовно проводять уздовж ізотерми 100 градусів. При більш високій температурі більшість бактерій існувати не можуть. На європейській території ця ізотерма знаходиться на глибині 10-15 кілометрів, у молодих альпійських прогинах вона піднімається до півтора-двох кілометрів. Як правило, ознаки життя виявляються ближче до поверхні. У нафтових водах живих бактерій, які зберегли здатність до розмноження, знаходять на глибині до 1700 метрів. Життя в океані існує на найбільших глибинах. У западинах зустрічаються не тільки мікроорганізми, але й досить високоорганізовані тварини. 5/6 морських організмів мешкають у верхніх освітлюваних сонцем шарах. Із зростанням глибини кількість видів зменшується.

Гірським місцевостям властиві різні «ступені життя». Біля підніжжя — змішаний ліс із тисячами видів мікроорганізмів, рослин і тварин.

Вище — пояс хвойного лісу. Він іще багатий на різні прояви життя, але вже тут відчувається суворість, похмурість, які передують звичайно виникненню несприятливих умов середовища. З кожною сотнею метрів підйому вгору все біднішими й простішими стають угруповання рослин і тварин. Залишилися далеко внизу вищі рослини, на каменях і скелях — лише мохи й лишайники.

На висоті семи-восьми кілометрів над рівнем моря низькі атмосферний тиск і температура значно обмежують можливості існування більшості тварин і рослин. Проби повітря, узяті за допомогою спеціальних приладів на висоті дев'ять кілометрів, містять лише деяких тварин, зокрема павуків. Вони поїдають ногохвостах і кліщів, а ті, у свою чергу, харчуються зернами пилку, який сюди заносить вітер. Отут, до речі, і проходить верхня «офіційна» межа біосфери. Вище від неї проникають лише окремі мікроорганізми — спори, бактерії і міцелії грибів. Але якщо, встановлюючи верхні границі біосфери, орієнтуватися на них, то доведеться прихопити й шматочок космосу.

Деякі вчені вважають своєрідним дахом біосфери озоновий екран. Він знаходиться на висоті 20-25 кілометрів і захищає живі організми від жорсткого ультрафіолетового випромінювання.

Жива речовина біосфери нараховує приблизно півтора мільйона видів різних організмів. Особливе місце, природно, належить виробникам органічної речовини — зеленим рослинам, їх близько 300 тисяч видів. Сумарна вага сухої речовини фітомаси становить, за приблизними оцінками, 2,42-1012 тонн, тобто 99 відсотків усієї живої речовини на Землі. Відсоток, що залишився, припадає на гетеротрофні організми. Друга складова частина біосфери — біогенна речовина, зобов'язана своїм походженням живим організмам. Це кам'яне вугілля, бітуми, горючі гази, торф, озерний мул сапропель, лісова підстилка й ґрунтовий гумус. Деякі учені відносять до цих речовий і нафту.

І, нарешті, третій компонент біосфери — «біоінертна» речовина. У її створенні брали участь і організми, і нежива природа. Це вода, приземна частина атмосфери, осадові породи, глинисті мінерали. Для біосфери як особливої оболонки земної кулі характерні ще три особливості. По-перше, у ній багато води в рідкому стані. Важливим моментом є те, що на неї увесь час спрямований могутній потік сонячної енергії. До того ж у біосфері між рідкими, твердими й газоподібними речовинами існують поверхні розділу. Усі ці особливості є життєво важливими для нормального функціонування «живої оболонки» Землі.

Відповідно до сучасних уявлень, земна куля складається з концентричних оболонок, які відрізняються за щільністю та складом. Три верхні оболонки можна сприймати безпосередньо — це атмосфера, гідросфера й літосфера. Три перелічені оболонки В. Вернадський включив до складу біосфери.