Тема 9. Концепция биосферы и основы экологии. Ноосфера

Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс (1875). Но заслуга создания целостного учения о биосфере принадлежит В.И. Вернадскому (1863-1945).

В настоящее время биосферой называют область распространения жизни на Земле. Она включает совокупность всех организмов и их остатков, а также части литосферы, гидросферы и атмосферы, как населенные ныне живущими организмами, так и преобразованные их прошлой деятельностью. Таким образом, биосфера – оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов.

Биосфера охватывает часть атмосфера до высоты озонового экрана (20-25 км), часть литосферы, особенно кору выветривания, и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже океана.

Состав биосферы.

Биосфера, согласно В.И. Вернадскому, включает семь основных компонентов:

1. живое вещество – совокупность живых организмов;

2. биогенное вещество – создаваемое и перерабатываемое организмами (газы атмосферы, каменный уголь, известь и т.п.);

3. косное вещество – образующееся без участия организмов (продукты тектонической деятельности и т.д.);

4. биокосное вещество – результат совместной деятельности организмов и абиогенных процессов (вода, почва, кора выветривания);

5. радиоактивное вещество;

6. рассеянные атомы;

7. вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль).

В настоящее время вместо термина «живое вещество» употребляют другие выражения: «совокупность организмов», «живой покров Земли», «пленка жизни», «биомасса Земли» и т.д. Вместо термина «косное вещество» говорят о «минеральных элементах», «абиогенном веществе», «неорганическом веществе» и т.п.

Существенная особенность биосферы – биогенная миграция атомов химических элементов, вызванная лучистой энергией Солнца и выражающаяся в процессах обмена веществ, росте и размножении организмов. Биогенная миграция атомов подчиняется двум биогеохимическим принципам:

– стремится к максимальному проявлению;

– приводит к выживанию организмов, увеличивающих биогенную миграцию атомов биосферы.

Биогеохимические функции биосферы:

– газовая, включающая биогенную миграцию газов в результате фотосинтеза и азотофиксации;

– концентрационная, состоящая в аккумуляции живыми организмами химических элементов, рассеянных во внешней среде;

– окислительно-восстановительная, в частности, превращение веществ, содержащих атомы с переменной валентностью (железо, марганец и т.п.);

– биохимическая – процессы, протекающие в живых организмах.

Биохимические функции характеризуют биосферу как целостную систему. Посредством этих функций осуществляется круговорот органического вещества на Земле.

Структура биосферы.

В самом крупном плане биосфера представляет собой единство живого и минеральных элементов, вовлеченных в сферу жизни. Существенная составная часть этого единства – биотический круговорот, основанный на взаимодействии организмов, создающих и разрушающих органическое вещество. Благодаря биотическому круговороту возможно длительное существование и развитие жизни.

Биосфера сформирована в виде относительно самостоятельных природных комплексов – экосистем (биогеоценозов). Экосистема – единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания. Каждый биогеоценоз представляет собой своеобразную модель биосферы в уменьшенном варианте. Он включает:

– автотрофы – хлорофиллоносные растения, создающие органическое вещество;

– гетеротрофы, живущих на созданной автотрофами продукции;

– деструкторы, разрушающие органическое вещество тел растений и животных до минеральных элементов;

– субстрат с каким-то запасом минеральных элементов.

Каждый биогеоценоз включает все основные экологические группы организмов и по своим потенциальным возможностям равен биосфере. Биотический круговорот в рамках биогеоценоза – своеобразная модель биотического круговорота Земли. В силу этих особенностей каждый биогеоценоз в ходе эволюции способен распространяться на всю планету. Устойчивость биосферы в целом в значительной мере определяется ее организацией, т.е. системой относительно независимых биогеоценозов.

Все развитие биосферы можно рассматривать как чередование этапов эволюции, прерываемой бифуркациями при переходе к новым качественным состояниям. В результате создавались все более сложные и упорядоченные формы живого вещества.

Основные этапы эволюции биосферы:

1. появление простейших клеток – прокариотов. Прокариоты – организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром. Генетический материал в виде кольцевой цепи ДНК находится в нуклеотиде и не образует настоящих хромосом;

2. появление более организованных клеток – эукариотов. Эукариоты – организмы, обладающие оформленным клеточным ядром, отделенным от цитоплазмы ядерной оболочкой;

3. объединение клеток – эукариотов – с образованием многоклеточных организмов; функциональная дифференциация клеток в организмах;

4. появление организмов с твердыми скелетами и формирование высших животных;

5. возникновение у высших животных развитой нервной системы и формирование мозга, в котором происходят сбор, переработка и систематизация информации, ее хранение и управление на ее основе поведением и целенаправленной деятельностью живых организмов;

6. формирование разума как высшей формы деятельности мозга;

7. образование социальной общности людей – носителей разума.

Учение о ноосфере.

Понятие ноосфера употребляется В.И. Вернадским в следующих смыслах: 1) как состояние планеты, когда человек становится преобразующей геологической силой; 2) как область активного проявления научной мысли; 3) как главный фактор качественной перестройки биосферы.

Переход от биосферы в ноосферу в соответствии с идеями В.И. Вернадского определяется следующими положениями:

– этот переход закономерен и неизбежен как естественный ход эволюции независимо от воли человека;

– человек рассматривается как составной элемент биосферы и выполняет ее определенные функции во времени и пространстве. Его появление в биосфере означает начало нового этапа в развитии Земли в целом;

– не только живое вещество, но и сам человек, вооруженный научной мыслью, становится величайшей геологической силой, кардинально изменившей облик нашей планеты;

– переход от биосферы к ноосфере осуществляется за счет коллективных взаимодействий всех людей и их целостного влияния на природу. В этом смысле человечество действительно стало единым, независимо от расового, географического или имущественного положения. Это взаимодействие с учетом развития техносферы практически мгновенно передается во все уголки земного шара;

– необходимость продуманного использования энергетики в обществе. Развитие энергетики, открытие и применение новых видов энергии, нужных человеку для его существования, не должно входить в противоречие с природой и нарушать ее регенерационные возможности для поддержания жизни;

– возможность разумного влияния на глобальные процессы, происходящие на Земле, как природного, так и социального характера.

Основные формы воздействия человека на биосферу.

1. Изменение структуры земной поверхности (распашка степей, вырубка лесов, мелиорация, создание искусственных озер и морей и т.д.);

2. Изменение состава биосферы, круговорота и баланса слагающих ее веществ (выброс различных веществ в атмосферу и водные объекты, изъятие полезных ископаемых, изменение влагооборота и т.д.);

3. Изменение энергетического, в частности теплового баланса отдельных районов земного шара и всей планеты;

4. Изменения, вносимые в биоту в результате истребления некоторых их видов, создание новых пород животных и сортов растений, перемещение их на новые места обитания.

Основные подходы в оценке и разрешении экологических проблем.

1. Экологический пессимизм: Дж. Форрестер, Д. Медоус, Р. Хайлбронер – США. Тезис: развитие общества несовместимо с сохранением природы, полное разрушение окружающей природной среды и гибель человечества. Полное восстановление экологического баланса невозможно, можно говорить лишь о некотором ослаблении воздействия общества на природу:

– нулевой рост производства, т.е. задержать развитие промышленности и сельского хозяйства на нынешнем уровне, тем саамы стабилизировать использование природных ресурсов;

– отказ от современной техники, возврат к альтернативным технологиям – ремесленному труду, земледелию, большему использованию животных;

– последовательно снижать прирост населения, а затем уменьшать его абсолютную численность. Это приведет к снижению объема потребностей и к уменьшению объема производства;

– изменить образ жизни и свести к минимуму потребности общества, уменьшиться антропогенная нагрузка на биосферу.

2. Научно-технический оптимизм: Д. Белл, А. Тоффлер – США, Ж. Фурастье – Франция. Тезис: все глобальные проблемы разрешимы с помощью научно-технического прогресса:

– введение безотходного производства, минимум использования природных источников сырья и энергии;

– разработать и реализовать «экологический императив» - недопустимость изменения некоторого множества свойств окружающей среды;

– сформировать новую «экологическую нишу» человечества, создать новую цивилизацию, достичь коэволюции общества и природы. Коэволюция – совместная эволюция нескольких систем, например, человека и биосферы, Природы в целом.

План семинара

1. Концепция строения и эволюции биосферы.

2. Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере.

3. Деятельность человека и биосфера.

4. Учение о ноосфере.

Примерные вопросы для повторения и самопроверки

1. Что такое биологический круговорот веществ?

2. Какова роль энергии в эволюции?

3. Перечислите биохимические принципы В.И. Вернадского.

4. Сформулируйте представления В.И. Вернадского о ноосфере.

5. Каковы причины истощения природной среды?