1.2-3_Биосфера_как_одна_из_оболочек_Земли. Биосфера как одна из оболочек земли
 Скачать 415.79 Kb.
|
|
БИОСФЕРА КАК ОДНА ИЗ ОБОЛОЧЕК ЗЕМЛИ В настоящее время становится предельно ясным, что среда, в которой мы живем, сформирована организмами, которые населяли нашу планету в различные геологические эпохи. По образному выражению Барри Коммонера, окружающая среда - «... это дом, созданный на Земле жизнью и для жизни». При этом каждое поколение организмов этот дом совершенствовало в соответствии с изменяющи- мися условиями среды и обитающими в нем существами. Эти истины стали по- нятными людям далеко не сразу. Важнейший вклад в этот раздел современной экологии внесли исследования академика Вернадского, его учение о биосфере. В научную литературу термин «биосфера» ввел в 1875 г. австрийский уче- ный-геолог Эдуард Зюсс, рассуждая об оболочке Земли в своей книге о проис- хождении Альп. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидро- сферы и литосферы (т.е. твердой оболочки Земли), где встречаются живые орга- низмы. Владимир Иванович Вернадский использовал этот термин и даже создал науку с аналогичным названием. Если с понятием «биосфера», по Зюссу, связы- валось только наличие в трех сферах земной оболочки живых организмов, то, по В. И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность ор- ганизмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. В таком случае под биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встреча- ются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного мас- штаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической силы, чем жи- вые организмы и продукты их жизнедеятельности. [1] Можно условно выделить следующие последовательные этапы эволюции биосферы: синтез простых органических соединений, биогенез, антропогенез, техногенез и ноогенез. 1) Синтез простых органических соединений (химическая эволюция) в геосферах Земли совершался под действием ультрафиолетовой радиации: метана, аммиака, водорода, паров воды. Начало этапа – 3,5–4,5 млрд. лет. 2) Биогенез – преобразование косного вещества геосферы земли в живое вещество биосферы (образование высокомолекулярных органических соедине- ний из простых соединений под действием геофизических факторов). Начало этапа – 2,5–3,5 млрд. лет назад (появление живого вещества биосферы). 3) Антропогенез – появление человека и превращение его в социальное су- щество, формирование общественной организации человеческих сообществ в процессе производственной трудовой деятельности. Начало этапа – 1,5–3 млн. лет назад (появление человека). 4) Техногенез – преобразование природных комплексов биосферы в про- цессе производственной деятельности человека и формирование техногенных и природно–технических комплексов, т.е. техносферы как составной части био- сферы. Начало этапа – 10–15 тыс. лет назад (появление городских поселений). 5) Ноогенез – процесс превращения биосферы в состояние разумно управ- ляемой социально–природной системы (ноосферы). Ее можно характеризовать как состояние биосферы, при котором осуществляются: а) рациональное исполь- зование природы, т.е. рациональное природопользование; б) устойчивое развитие мирового человеческого сообщества. Заметим, что важное воздействие на эволюцию биосферы оказал дрейф кон- тинентов, в результате которого эволюция разных групп организмов пошла раз- личными путями. Согласно теории дрейфа континентов, выдвинутой Альфредом Вегенером в двадцатых годах ХХ века, современные континенты возникли из еди- ного массива суши, получившего название Пангея и существовавшего на нашей планете еще в палеозое, как остров в Мировом океане. Примерно 200–250 млн. лет назад в конце палеозоя – начале мезозоя Пангея «раскололась» на два крупных массива суши, которые стали расходиться, дав возможность сформироваться но- вым океанам. Индия и континенты, находящиеся сейчас в Южном полушарии (Южная Америка, Африка, Антарктида, Австралия), составляли вместе единый материк Гондвана. Нынешняя Северная Америка, Европа и Азия образовали ма- терик Лавразия. В юрский период Гондвана и Лавразия отделились друг от друга. К тому времени эволюция динозавров достигла довольно высокой степени, хвойные леса существовали уже на протяжении миллионов лет, появились первые птицы и мле- копитающие. Еще до того, как началось разделение Гондваны на ныне существу- ющие южные континенты и Индию, динозавры и хвойные леса заняли господ- ствующее положение среди живых организмов. После разделения Гондваны эво- люция видов на разных континентах пошла различными путями. Так, сумчатые млекопитающие достигли большого разнообразия в Австралии и Южной Аме- рике, тогда как плацентарные млекопитающие заняли доминирующее положение на других континентах. Приблизительно в это же время происходило разделение Лавразии, где уже существовали хищные, копытные грызуны, приматы и многие другие млекопитающие. Поэтому неудивительно, что североамериканские, азиат- ские и европейские виды млекопитающих связаны между собой более близким родством, чем с млекопитающими Австралии и Южной Америки. Нынешние кон- тиненты сформировались в основном в конце мезозоя, около 110 млн. лет назад, хотя Индия, перемещаясь к северу, соединилась с Азией только 20 – 30 млн. лет назад. [2] Учение Вернадского о биосфере произвело переворот во взглядах на гло- бальные природные явления, в том числе геологические процессы, причины яв- лений и их эволюцию. До его трудов эти процессы прежде всего связывались с действием физико-химических сил, объединяемых термином «выветривание». Вернадский показал первостепенную преобразующую роль живых организмов и их участие в образовании и разрушении геологических структур, круговороте ве- ществ, изменении твердой, водной и воздушной оболочек Земли. В последние годы жизни Владимир Иванович Вернадский писал в днев- нике: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. Перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке био- сферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера». Понятие ноосферы также имеет свою историю. Считается, что оно было введено в ХIХ в. французским ученым Эдуардом Леруа и развито далее Пьером Тейяр де Шарденом. Они понимали под этим термином особую оболочку Земли, рассматриваемую в качестве некоего «мыслящего слоя» над биосферой, в кото- рый включается индустриальное общество с атрибутами цивилизации (языком, религией и пр.). Однако Вернадский рассматривал ноосферу как новое геологи- ческое явление на Земле и человек в ней впервые становится мощной геологиче- ской силой. Как и все живое на Земле, он может мыслить и действовать только в области распространения жизни, т.е. в биосфере, с которой он неразрывно связан и из которой уйти не может. Вернадский считал, что на данном этапе эволюции биосферы человек будет вынужден не только исправить возникшие в результате его деятельности нарушения в состоянии природы, но и предотвращать подобные нарушения в будущем. Биосфера не образует сплошного слоя с четкими границами. Она как бы «пропитывает» различные геосферы Земли, проникая в нижнюю часть атмо- сферы, во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы. Гидросфера представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, подземных вод и ледников. Она образует прерывистую водную оболочку Земли, занимающую более 70% ее поверхности. Мировой океан, являющийся основной частью гидросферы, служит средой обитания огромного количества самых разно- образных представителей растительного и животного мира и мира микроорганиз- мов. Литосфера – верхняя твердая оболочка Земли, толщина которой колеблется в пределах от 50–200 км. Верхняя часть литосферы образует земную кору, а ниж- няя – верхнюю часть мантии Земли. Земная кора состоит из трех слоев: осадоч- ного, гранитного и базальтового. Осадочный слой в основном сложен глинами, песчаниками, известняками, доломитами, гипсами и др., образовавшимися на по- верхности Земли в основном в результате отложения продуктов выветривания и разрушения более древних пород, химического и механического выпадения осадка из воды, а также продуктов жизнедеятельности организмов. Нижняя граница биосферы проходит в самой верхней части земной коры. Отчетливое распространение жизни отмечается здесь лишь до глубины в не- сколько десятков метров, однако с подземными водами микроорганизмы распро- страняются до глубины около 2–3 км, хотя известны случаи обнаружения микро- организмов в нефтяных водах и нефти, добытых при бурении скважин с глубин более 4 км. С точки зрения концентрации живого вещества биосферы особый интерес представляет почвенный слой. Практически вся растительность суши, а, следова- тельно, и весь ее животный мир связаны с почвой как необходимым источником пищи. Важнейшим свойством почвы является ее плодородие, т.е. способность обеспечить необходимые условия для жизни растений. Большое значение в пло- дородии почв играет гумус, состоящий преимущественно из продуктов биохими- ческого разложения отмерших остатков организмов. Почва является местом оби- тания огромного количества микроорганизмов, водорослей, простейших, насеко- мых, червей и других позвоночных, и беспозвоночных организмов. Третья геосфера Земли, с которой связана биосфера – это атмосфера, пред- ставляющая собой газовую оболочку Земли, в основном состоящую из азота, кис- лорода, аргона и углекислого газа. А также небольшого таких газов как гелий, неон, ксенон, озон и других. Обычно атмосферу представляют в виде совокупно- сти слоев – тропосферы, стратосферы и ионосферы. В нижней части стратосферы располагается озоновый слой. В качестве верхней границы биосферы принимается нижняя граница озоно- вого слоя, почти полностью поглощающего губительные для всего живого уль- трафиолетовые лучи. Вот почему часто озоновый слой называют “озоновым щи- том”, защищающим жизнь на Земле. Здесь будет нелишним заметить, что вклю- чение в биосферу нижней атмосферы является несколько условным, так как нахождение организмов в ней на значительных высотах над земной поверхностью в большинстве случаев может быть временным, а истинной средой обитания их служит гидросфера, верхняя часть земной коры и тонкий слой приземной атмо- сферы. Биосфере, как и составляющим ее другим экосистемам более низкого ранга, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморе- гулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них. Основные свойства биосферы как сложной глобальной системы: 1) организованность; 2) устойчивость; 3) эмержентность; 4) разнообразие видов. 1. Организованность. Биосфера – саморегулирующаяся система. В био- сферу постоянно проникает солнечная радиация, т.е. биосфера аккумулирует и трансформирует энергию солнца. В результате, как было сказано выше, происхо- дит постоянный обмен веществом и энергией. Здесь важную роль играет живое вещество. Такой постоянный вещественно–энергетический обмен между Землей и Космосом и между внешними оболочками Земли (рельеф, вода, почва, расти- тельный и животный мир) представляет подвижное динамическое равновесие. Системы, элементы которых взаимосвязаны переносами (потоками) веще- ства, энергии и информации, носят название динамических. Любая живая система представляет собой динамическую и, следовательно, открытую систему, но не всегда равновесную. Жизнь и движение (динамика) неразрывно связанные между собой понятия. Живое только потому и остается живым, что в нем ни на мгнове- ние не останавливаются всевозможные процессы. Эти процессы незаметны и быстротечны. Так, в течение секунд и минут происходит деление клеток микро- организмов, за несколько минут или часов может произойти гибель растений, жи- вотных и т.д. Несколько дней или недель достаточно, чтобы мелкие грызуны или насекомые после зимовки расплодились, увеличив свою численность в 10 или 100 раз. Существование биосферы немыслимо без поступления энергии извне, прежде всего – энергии Солнца. Это говорит о том, что биосфера – открытая си- стема. Впервые представления о влиянии солнечной активности на живые орга- низмы разработаны А.Л. Чижевским (1897–1964 гг.). Он доказал, что многие яв- ления на Земле тесно связаны с активностью Солнца. Все больше накапливается данных, свидетельствующих о том, что резкое увеличение численности отдель- ных видов или популяций («волны жизни») – результат изменения солнечной ак- тивности. Высказывается мнение, что солнечная активность оказывает влияние на многие геологические процессы, как следствие – катаклизмы, а также на соци- альную активность человеческого общества. На многие процессы в живой при- роде влияют: вращение Земли вокруг своей оси, обращение Земли вокруг Солнца, циклы солнечной активности. 2. Устойчивость. Преобладание в динамической системе внутренних взаи- модействий над внешними взаимодействиями определяет ее устойчивость и спо- собность к самосохранению. В настоящее время устойчивость системы называют гомеостазом. Гомеостаз – это совокупность механизмов, устраняющих факторы, наруша- ющие внутреннее динамическое равновесие системы. Они способствуют возвра- щению системы в устойчивое положение. Поэтому возможен самостоятельный возврат природной системы к состоянию динамического равновесия, из которого она была выведена воздействием природных или техногенных сил. Гомеостати- ческие механизмы поддерживают стабильность экосистем. Биосфера за свою историю пережила ряд катастроф, многие из которых были значительными по масштабам (извержение вулканов, встречи с астерои- дами, глобальные оледенения, землетрясения и т.д.), но справлялась с ними. От- дельные региональные (крупные) экологические катастрофы она, как видим, га- сить уже не всегда в силах, как следствие – распад экосистем (опустынивание зе- мель), появление неустойчивых урбанизированных мегаполисов, исчезновение многих видов растительного и животного мира и т.д. 3. Эмерджентность (от анг. еmergent – внезапно возникающий) – наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам. Это особое свойство системы, которое отсутствует у ее частей. Невозможно постичь свойства системы лишь на основании свойств составляющих ее частей, решающее значе- ние при этом имеет взаимодействие между элементами. Например, водород и кис- лород, находящиеся на атомарном уровне, при соединении образуют молекулу воды. Она обладает совершенно новыми свойствами. Принцип эмерджентности имеет весьма важное значение для экологического мышления: одно дерево не мо- жет составить леса; лес возникает лишь при определенных условиях – достаточ- ной густоте древостоя, соответствующей флоре и фауне, сформированных биоце- нозах и других условиях. Экосистема определенного вида сохраняется лишь при определенном сочетании экологических компонентов. Эмерджентные свойства необходимо учитывать при экологической экспертизе и прогнозировании; она ли- шает смысла однокомпонентного подхода к природным явлениям. 4. Разнообразие. Биосфера – система, характеризующаяся большим разно- образием. Разнообразие обусловливается многими факторами. Это и разные усло- вия среды жизни, разнообразие географических зон, геохимических провинций и т.д., где существует около 2 млн. видов (1,5 млн. животных, 0,5 млн. растений). Многообразие видов возникло как результат присущей организмам изменчиво- сти, микро- и макроэволюционных процессов. Это многообразие форм способ- ствует дальнейшему усложнению компонентов биосферы и повышению целост- ности ее как системы. Практически вся без исключения деятельность человека приводит к оскуде- нию экосистем любого ранга (резко уменьшились площади лесов, их было до че- ловека 70 % суши, а сейчас – не более 20–23 %), количество животных, растений и т.д. Видовая насыщенность культурных земель сведена человеком до минимума (как правило, один вид). Это делает растения крайне уязвимыми для вредителей. Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по ОС и развитию (1992 г.) к числу трех важнейших экологических проблем, по ко- торым приняты специальные заявления и Конвенции о сохранении разнообразия видов, лесов, предотвращении изменения климата. В настоящее время весьма ощутимые последствия научно-технического прогресса, поставившие под угрозу существование человечества на Земле, при- вели к необходимости предвидения последствий человеческой деятельности во всех странах с целью сохранения биосферы. Поэтому охрана биосферы должна быть заботой всего человечества, живущего на Земле, и как руководителей госу- дарств, так и отдельных людей. Для этого каждому надо знать строение био- сферы, взаимосвязи происходящих в ней процессов и влияние деятельности чело- веческого общества на возникающие в биосфере изменения. Выдающийся ученый и мыслитель В.И. Вернадский был уверен, что знание процессов, происходящих в биосфере, и разумная организация жизни и всей деятельности человечества при- ведут к созданию ноосферы на нашей планете. 1. Воронков Н.А. Основы общей экологии: (Общеобразоват. курс) : Учеб. пособие для студентов вузов и учителей / Н. А. Воронков. - М. : Агар, 1997. - 87 с. 2. Краткий курс лекций по дисциплине «Экология» [Электронный ре- сурс] М.: МГСУ, 2009г. -57с. Кафедра Организации строительства и управ- ления недвижимостью 3. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда: Учебник для студентов вузов / 2-е изд., перераб. и дополн. – М.: ЮНИТИ. – 2009. – 556 с 4. Хамзина Ш. Ш. Экология и устойчивое развитие [Текст]: учебник для студентов всех специальностей высших учебных заведений / Ш. Ш. Хам- зина, Б. К. Жумабекова ; Российская акад. естествознания, Изд. дом Акад. естествознания. - Москва : Изд. дом Акад. естествознания, 2016. - 329 с. |