Характеристика техносферы и ноосферы

Ноосфера - высшая стадия развития биосферы, сфера разума. Человек начинает оказывать влияние на ход процессов в охваченной его воздействием сфере Земли, изменяя ее. Однако, будучи частью биосферы, человек зависит от законов природы, хотя благодаря достижениям науки и техники эта зависимость стала несколько меньше. Человек стал мощным, социально организованным фактором природы, эффективность воздействия которого на окружающую природу и самого человека растет в геометрической прогрессии.

По мере развития человечества в такой же прогрессии растут побочные эффекты этого развития: истощение невозобновляемых природных ресурсов, загрязнение окружающей среды, разрушение природных экосистем и замена их антропогенными, нарушение исторически сложившихся природных равновесий. Теперь сохранение человечества зависит от наших знаний о природе и разумных действий, направленных на охрану и улучшение окружающей среды.

Вступление человечества в новую эру своего развития - эпоху ноосферы - не может произойти автоматически. Это будет длительный процесс выработки новых принципов, согласования действий людей, потребуется коренная перестройка всего нашего бытия, смена стандартов и идеалов. Взаимодействие человека с природой должно основываться на научных знаниях связей, существующих между средой и биотой, на основе целесообразности, оптимизации состояния человека и природы.

Человек должен научиться создавать способные к самовозобновлению и саморегуляции специфические биогеоценозы - антропогенные ландшафты, отличающиеся повышенной стабильностью и способностью к биологической очистке; поддерживать общий баланс биосферы на уровне, обеспечивающем оптимальное развитие человеческого общества. Человек должен как можно скорее и полностью перевести промышленное и сельскохозяйственное производство на безотходную технологию и создать замкнутые циклы в любом производстве, особенно, при воздухо и водопотреблении с целью сокращения и полной ликвидации вредных выбросов и отходов, попадающих в окружающую среду.

Эксплуатация естественных ресурсов должна быть рациональной, обеспечивающей их восстановление и расширенное воспроизводство. Для решения этих задач необходимы всесторонние исследования экологических процессов, которые позволят выяснить особенности современных биогеохимических циклов глобальных загрязнений. Осуществление перечисленных работ позволит сделать первый шаг на пути к переходу биосферы в ноосферу.

1.8. Основы учения В.И.Вернадского о биосфере

Современное учение о биосфере создал выдающийся русский ученый В.И.Вернадский. Он доказал, что все три оболочки Земли воедино связаны живым веществом, которое оказывает непрерывное воздействие на неживую природу, преобразуя и формируя облик планеты и создавая целостную динамичную систему. Биосфера представляет оболочку жизни - область существования живого вещества.

Основные идеи В.И. Вернадского о биосфере сложились к началу 20-х годов и были опубликованы в 1926 году в монографии Биосфера", состоящей из двух очерков: "Биосфера в космосе" и "Область жизни".

В.И. Вернадский в своих работах дал несколько определений биосферы, везде подчеркивая две ее отличительные особенности. Первая особенность: "биосфера представляет оболочку жизни - область существования живого вещества", вторая: "биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами, переводящими космические излучения в действенную земную энергию - электрическую, химическую, механическую, тепловую".

По Вернадскому, биосфера - организованная, динамическая и устойчиво уравновешенная, самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система. Основной чертой ее организованности является биогенная миграция химических элементов, производимая силами жизни, источником энергии которой является лучистая энергия Солнца. Живые организмы, получая поток энергии солнечного излучения, преобразуют его, вовлекают в химические реакции неорганическую материю и создают непрерывный круговорот веществ и энергии. По подсчетам Вернадского, биомасса всех организмов Земли достигает 10¹⁵ тонн, что составляет лишь 0,25% массы всей биосферы. Общая масса сухого вещества фитомассы около 2,42.10¹² тонн, или 99% всего живого вещества на Земле. Роль живого вещества огромна.

Современный газовый состав атмосферы. почвенный покров, полезные ископаемые - результат деятельности живого вещества прошлых эпох.

Вместе с другими геосферами биосфера образует единую планетарную экологическую систему высшего порядка, в которой действует единый планетарный механизм. В первой стадии происходит поглощение растениями солнечной энергии, углекислоты, воды и минеральных веществ. Вторая стадия - многократная трансформация и утилизация органических веществ, образовавшихся в виде биомассы, животными и микробами. Третья стадия - распад органических веществ до исходных минеральных продуктов с помощью микроорганизмов-минерализаторов. Динамическое равновесие всех этих процессов в масштабах планеты определяет существование жизни, направление биохимических процессов в твердых породах, воде и атмосфере планеты.

Вернадский ввел в науку понятие "живое вещество ", о котором он писал: "Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы, действенная его энергия по сравнению с энергией косного вещества в историческом времени огромна. Захватывая энергию Солнца, живое вещество создает химические соединения, при распадении которых эта энергия освобождается в форме, могущей производить химическую работу".

Для полного описания особенностей живого вещества Вернадский вводит в научный оборот понятия "сгущение жизни", "давление жизни", "всеюдность жизни". Он пишет: "Живое вещество - совокупность организмов - подобно массе газа, растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление в окружающей среде, обходит препятствия, мешающие его продвижению, или ими овладевает, их покрывает".

По Вернадскому, в состав биосферы, кроме живого вещества (растительного и животного мира, микроорганизмов), входят биогенное вещество - продукты жизнедеятельности живых организмов (осадочные породы органического происхождения), биокосное вещество - продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами и косное вещество - горные породы магматического, неорганического происхождения, вода, а также в значительной степени переработанные и видоизмененные живыми организмами вещества космического происхождения (космическая пыль, метеориты и т.п.). Кроме того, в состав биосферы входят радиоактивные вещества, получающиеся в результате распада радиоактивных элементов, и рассеянные атомы, не связанные химическими реакциями.

Средний элементарный состав живого вещества отличается прежде всего высоким содержанием углерода (18%). По содержанию других элементов организмы также не повторяют состава среды, а избирательно поглощают из нее химические элементы, которые соответствуют эволюционно сложившемуся обмену веществ той или иной группы организмов. Концентрация отдельных элементов в организмах может быть очень значительной.

Работами Вернадского и его последователями (Д.В.Самойлов, А.П.Виноградов и др.) установлен средний химический состав живого вещества. Оказалось, что в организмах преобладают легкие химические элементы: H, C, N, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca. Из тяжелых элементов встречается Fe.

По Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей: живое вещество; биогенное вещество; косное вещество; биокосное вещество; радиоактивное вещество; рассеянные атомы; вещество космического происхождения. Газы атмосферы (кислород, азот, углекислый газ и др.), природные воды, каустобиолиты (нефти, угли), известняки, глины и их метаморфические производные (сланцы, мраморы, граниты и др.) в своей основе созданы живым веществом планеты.

Живое вещество выполняет следующие биогеохимические функции:

-газовые (миграция газов и их превращения);

-концентрационные (аккумуляция живыми организмами химических элементов из внешней среды);

-окислительно-восстановительные (химические превращения веществ, содержащих атомы с переменной валентностью, - соединений железа, марганца, микроэлементов и т.д.);

-биохимические и биогеохимические функции, связанные с деятельностью человека (техногенез, форма созидания и превращения вещества в биосфере, стимулирующая переход биосферы в новое состояние ноосферу).

Совокупность этих функций определяет все химические превращения в биосфере.

В.И.Вернадский показал, что важнейшей особенностью биосферы является жизнь, преобразующая лик Земли. Интенсивность воздействия живого вещества на поверхностные оболочки планеты целиком и полностью определяется особыми, только живым организмам присущими, свойствами. В течение всего геологического времени живое вещество в биосфере выполняет ряд функций: газовую, окислительно-восстановительную, концентрационную (для различных химических элементов), разрушения органических соединений, метаболизма и дыхания, транспортную, энергетическую.

Функции живого вещества в биосфере многообразны, но это многообразие имеет единую сущность. Биосфера неразрывно связана с Космосом, в наибольшей степени с Солнцем. Существует постоянный энергетический обмен биосферы с Космосом. Жизнь на Земле определяется Солнцем.

В своем глобальном, космическом проявлении "сфера жизни" выступает как гигантский аккумулятор и уникальный трансформатор лучистой энергии Солнца. Именно биосфера - приемник космического излучения на нашей планете - осуществляет активную связь Земли с Космосом. Если бы на Земле не было жизни, не было биосферы, работа солнечного луча сводилась бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твердых тел по поверхности планеты и к временному их нагреванию. Солнечная энергия не совершала бы на Земле созидательной деятельности, так как не могла бы удержаться на поверхности планеты, ни преобразоваться в необходимую для этого форму.

Усвоение солнечной энергии осуществляется только растительным миром. Но удерживает и преобразует ее все живое вещество планеты. Количество солнечной энергии, поглощаемой живым веществом, колоссально: ежегодно в процессе фотосинтеза растения связывают 1,7*10¹⁸ ккал энергии, хотя живое вещество составляет лишь ничтожную часть массы биосферы около 0,0001%.

Поглощая постоянно из окружающей среды энергию (зеленые растения непосредственно в форме квантов солнечного света, другие организмы в форме подготовленного растениями органического материала), живые существа накапливают ее, в результате количество энергии в биосфере увеличивается. Поэтому общее направление природных процессов в поверхностной оболочке планеты противоположно тому, которое следовало бы из второго начала термодинамики. Энтропия биосферы уменьшается, упорядоченность ее соответственно возрастает неуклонно с ходом геологического времени. Организованность биосферы - удивительная, тончайшая слаженность, гармония стихийных сил и всего живого на планете - наиболее ярко проявляется во взаимной приспособляемости организма и среды, их взаимосогласованности и взаимовлияния. Конечно, речь идет не об отдельном организме, а о совокупности больших комплексов живых существ или даже обо всем живом веществе планеты.

1.9. Хозяйственная деятельность человека и ее влияние на окружающую среду

Воздействие человека на природу является необходимым условием его существования. В результате этого воздействия возможно непрерывное обеспечение людей жизненными благами и воспроизводство человеческого общества. При этом воздействии всегда необходимо добиваться равновесия в природе и не нарушать круговорот веществ. Однако эти принципы человеком часто нарушаются.

Воздействие человека сказывается, по существу, на всех ресурсах и компонентах биосферы (почвенном покрове, гидросфере, атмосфере, животном и растительном мире, литосфере). Даже труднодоступные районы Земли - Арктика, Антарктика, высокогорья, глубины океанов, околоземное пространство - оказались в той или иной степени затронуты хозяйственной деятельностью человека, а это неизбежно влечет за собой изменения в экологических системах, ландшафтах, природных комплексах.

В результате расчетов ученых установлено, что человечество сейчас активно использует около 55% суши, 12% речной воды, половину ежегодного прироста леса; в результате строительства и горных работ ежегодно перемещается более 4 тысяч кубических км породы; каждый год извлекается из недр более 100 млрд. тонн руды и сжигается 7 млрд. тонн условного топлива. Потребление кислорода за последние 100 лет составило 240 млрд. тонн, в атмосферу было выброшено 360 млрд. тонн углекислого газа, что значительно увеличило его содержание в атмосфере.

Все антропогенные изменения в природе в результате хозяйственной деятельности человека можно разделить на преднамеренные и попутные. Преднамеренные преобразования - это освоение земель под сельскохозяйственные культуры или многолетние насаждения, сооружения водохранилищ, строительство городов, промышленных предприятий, путей сообщения, рытье котлованов для добычи полезных ископаемых, осушение болот, изменение направления течения рек. Попутные изменения - это изменения газового состава атмосферы, загрязнение окружающей среды, обеднение видового состава животного мира, развитие эрозионных процессов, усиление аллергических и других заболеваний людей, образование фотохимических туманов (смогов), ускорение коррозии металлов и др. Большая часть попутных изменений в природе неизбежна, однако необходимо стремиться свести их к минимуму или найти решение, полностью устраняющее некоторые виды негативных процессов.

1.10. Основные формы воздействия человека на биосферу

Можно выделить четыре главные формы воздействия человека на биосферу:

1. Изменение структуры земной поверхности - распашка целинных земель, вырубка лесов, осушение болот, создание искусственных водоемов и другие изменения поверхностных вод и т.д.

2. Изменения состава биосферы, круговорота и баланса входящих в него веществ - добыча ископаемых, создание отвалов выработанных пород, выбросы различных веществ в атмосферу и гидросферу, изменение влагооборота.

3. Изменение энергетического и, в частности, теплового баланса отдельных регионов и планеты в целом.

4. Изменения, вносимые в биоту, - совокупность живых организмов, истребление некоторых организмов, создание новых пород животных и растений, перемещение организмов в новые места.

Наиболее заметны изменения и преобразования почвенного покрова. По существу, все земли, пригодные для использования в сельском хозяйстве, утратили естественные экосистемы и покрыты искусственными биоценозами (агробиоценозами и др.); значительная часть ландшафта подверглась преобразованиям (некоторые из них стали антропогенными). На всех континентах планеты меняется режим водотоков, появляются новые водоемы (водохранилища), каналы, осушаются болота, вырубаются и заменяются искусственными насаждениями естественные леса; меняется газовый состав атмосферы, усиливается загрязнение гидросферы и атмосферы, уменьшается численность одних и увеличивается других видов животных и растений; меняется климат отдельных районов, городов и промышленных агломераций.

Общие необратимые потери земельных ресурсов в мире за весь исторический период достигли 20 млн. кв. км и превысили современную пахотную площадь планеты. Ежегодно теряется 5-7 млн. га различных земель. Возникла проблема так называемого "теплового загрязнения" планеты; ежегодно в биосферу выбрасывается 142,8*10¹⁵ кДж тепла и 1 млрд. тонн продуктов неполного сгорания.