Вступление

Биосфера – это среда нашей жизни, это та природа, которая нас окружает, о котором мы говорим в разговорном языке. Человек – прежде всего – своим дыханием, проявлением своих функций, неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в городе или в уединенном домике.

В. И. Вернадский.

Биосфера (греч. bios – жизнь, sphaira – шар, сфера) – сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной среды, окружающей человека.

Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом из Австрии Эдуардом Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение биосферы для развития жизни на нашей планете оказалась на­столько велика, что уже в первой трети XX в. возникло новое фундаментальное научное направление в естествознании - уче­ние о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый В. И. Вернадский.

Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., содержание термина биосфера рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Первоначально под всеми этими терминами подразумевалась только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете, хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неорганической природы. Даже автор самого термина "биосфера" Э. Зюсс в своей книге "Лик Земли", опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909 г.), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как "совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли".

Земля и окружающая ее среда сформировалась в результа­те закономерного развития всей Солнечной системы. Около 4,7 млрд лет назад из рассеяного в протосолнечной системе газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Как и дру­гие планеты, Земля получает энергию от Солнца, достигаю­щую земной поверхности в виде электромагнитного излучения. Солнечное тепло - одно из главных слагаемых климата Зем­ли, основа для развития многих геологических процессов. Ог­ромный тепловой поток исходит из глубины Земли.

По новейшим данным, масса Земли составляет 6*10 21 т, объ­ем - 1,083*10 12 км 3 , площадь поверхности - 510,2 млн км 2 . Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей планеты ограничены.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрических оболочек (геосфер) - внутренних и внешних. К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним - лито­сфера, гидросфера, атмосфера и сложная обо­лочка Земли - биосфера.

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж. Б. Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

Факты и положения о биосфере накапливались постепенно в связи с развитием ботаники, почвоведения, географии растений и других преимущественно биологических наук, а также геологических дисциплин. Те элементы знания, которые стали необходимыми для понимания биосферы в целом, оказались связанными с возникновением экологии, науки, которая изучает взаимоотношения организмов и окружающей среды. Биосфера является определенной природной системой, а ее существование в первую очередь выражается в круговороте энергии и веществ при участии живых организмов.

Очень важным для понимания биосферы было установление немецким физиологом Пфефером (1845 – 1920) трех способов питания живых организмов:

* автотрофное – построение организма за счет использования веществ неорганической природы;

* гетеротрофное – строение организма за счет использования низкомолекулярных органических соединений;

* миксотрофное – смешанный тип построения организма (автотрофно-гетеротрофный).

Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера, являясь глобальной экосистемой, как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотическая часть представлена:

1. почвой и подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и физической средой порового пространства.

2. Атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни.

3. Водной средой океанов, рек, озер и т.п.

Биотическая часть состоит из живых организмов всех таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов благодаря своему дыханию, питанию и размножению, обеспечивая обмен между всеми частями биосферы.

В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два биохимических принципа:

Стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности» жизни;

Обеспечивать выживание организмов, что увеличивает саму биогенную миграцию.

· Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

* тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем сосредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

* стратосфера;

* ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

· Гидросфера – водная оболочка Земли. Вследствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

· Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

II. Учение В. И. Вернадского о биосфере

1. Характеристика главных типов веществ биосферы

По современным представлениям, биосфера – это особая оболочка земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Эти представления базируются на учении В. И. Вернадского(1863 –1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из обобщений в области естествознания в ХХ в. Важнейшая значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй половине века. Этому способствовало развитие экологии и, прежде всего глобальной экологии, где биосфера является основополагающим понятием.

Учение Вернадского о биосфере – это целостное фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими проблемами сохранения и развития жизни на Земле, знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем.

По представлениям В. И. Вернадского, биосфера включает в себя живое вещество, образованное совокупностью организмов; биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняки и др.); косное вещество, которое формируется без участия живых организмов (магматические горные породы); биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и небиологических процессов (например, почвы); а также радиоактивное вещество, вещество космического происхождения (метеориты и др.) и рассеяные атомы. Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой.

Косное вещество биосферы.

Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты и ограничена слоем озона, который задерживает губительные для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Таким образом, живые организмы могут существовать в тропосфере и нижних слоях стратосферы. В гидросфере земной коры организмы проникают на всю глубину Мирового океана - до 10-11 км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и условием проникновения воды в жидком состоянии.

Атмосфера.

Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержится диоксид углерода (0,03%) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде. Для биологических процессов наибольшее значение имеют: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества, диоксид углерода, участвующий в фотосинтезе, и озон, экранирующий земную поверхность от жесткого ультрафиолетового излучения. Азот, диоксид углерода, пары воды образовались в значительной мере благодаря вулканической деятельности, а кислород - в результате фотосинтеза.

Гидросфера.

Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300 млн. км 3 . Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км 3 , а количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км 3 . Значительные запасы воды (24 млн. км 3) содержат ледники. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара.

Литосфера.

Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов.

Живые организмы (живое вещество).

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х10 12 т. Биомасса организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и 0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ, обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов - беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть - млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10% биомассы.

Сущность учения В. И. Вернадского заключена в признании исключительной роли «живого вещества», преобразующего облик планеты. Суммарный результат его деятельности за геологический период времени огромен. По словам Вернадского, «на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Именно живые организмы улавливают и преобразуют энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира.

Вторым главнейшим аспектом учения В. И. Вернадского является разработанное им представление об организованности биосферы, которая проявляется в согласованном взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды. «Организм, - писал В. И. Вернадский, - имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему».

Это взаимодействие сказывается прежде всего в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

По мнению В. И. Вернадского, в прошлом не придавали значения двум важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их жизнедеятельности:

* открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;

* явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В. И. Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.

Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В. И. Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.

Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь – жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Эту ее роль образно выразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер (1814 – 1878), отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча.

Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:

* изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;

* в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";

* только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч. Дарвина (1859 г.);

* живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.

В. И. Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.

Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы "не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше”. В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.

Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т. д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.

В. И. Вернадский обосновал также важнейшие представления о формах превращения вещества, путях биогенной миграции атомов, т.е. миграции химических элементов при участии живого вещества, накоплении химических элементов, о движущих факторах развития биосферы и др.

Важнейшей частью учения Вернадского являются представления о ее возникновении и развитии. Современная биосфера возникла не сразу, а в результате длительной эволюции в процессе постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными бактериями. Однако созидательная и преобразующая роль живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов – цианобактерий и сине-зеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело решающее значение для формирования современной биосферы. Деятельность этих организмов привела к накоплению в биосфере свободного кислорода, что рассматривается как один из важнейших этапов эволюции.

Параллельно развивались и гетеротрофы, и прежде всего – животные. Главными датами их развития являются выход на сушу и заселение материков (к началу третичного периода) и, наконец, появления человека.

В сжатом виде идеи В. И. Вернадского об эволюции биосферы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Вначале сформировалась литосфера – предвестник окружающей среды, а затем после появления жизни на суше – биосфера.

2. В течение всей геологической истории Земли никогда не наблюдались азойные геологические эпохи (т.е. лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

3. Живые организмы – главный фактор миграции химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по весу массы ее вещества в своих существенных чертах обусловлено жизнью». (В. Вернадский)

4. Грандиозный геологический эффект деятельности обусловлен тем, что их количество бесконечно велико и действуют они практически в течение бесконечно большого промежутка времени.

5. Основным движущим фактором развития процессов в биосфере является биохимическая энергия живого вещества.

Венцом творчества В. И. Вернадского стало учение о ноосфере, т. е. сфере разума.

В целом учение Вернадского о биосфере заложило основы современных представлений о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы. Практическое значение учения о биосфере огромно. В наши дни оно служит естественнонаучной основой рационального природопользования и охраны окружающей природной среды.

Вернадский, анализируя геологическую историю Земли, утверждает, что наблюдается переход биосферы в новое состояние – в ноосферу под действием новой геологической силы, научной мысли человечества. Однако в трудах Вернадского нет законченного и непротиворечивого толкования сущности материальной ноосферы как преобразованной биосферы. В одних случаях он писал о ноосфере в будущем времени (она еще не наступила), в других в настоящем (мы входим в нее), а иногда связывал формирование ноосферы с появлением человека разумного или с возникновением промышленного производства. Надо заметить, что когда в качестве минералога Вернадский писал о геологической деятельности человека, он еще не употреблял понятий “ноосфера” и даже “биосфера”. О формировании на Земле ноосферы он наиболее подробно писал в незавершенной работе “Научная мысль как планетное явление”, но преимущественно с точки зрения истории науки.

Итак, что же ноосфера: утопия или реальная стратегия выживания? Труды Вернадского позволяют более обоснованно ответить на поставленный вопрос, поскольку в них указан ряд конкретных условий, необходимых для становления и существования ноосферы. Перечислим эти условия:

1. заселение человеком всей планеты;

2. резкое преобразование средств связи и обмена между странами;

3. усиление связей, в том числе политических, между всеми странами Земли;

4. начало преобладания геологической роли человека над другими геологическими процессами, протекающими в биосфере;

5. расширение границ биосферы и выход в космос;

6. открытие новых источников энергии;

7. равенство людей всех рас и религий;

8. увеличение роли народных масс в решении вопросов внешней и внутренней политики;

9. свобода научной мысли и научного искания от давления религиозных, философских и политических построений и создание в государственном строе условий, благоприятных для свободной научной мысли;

10. продуманная система народного образования и подъем благосостояния трудящихся. Создание реальной возможности не допустить недоедания и голода, нищеты и чрезвычайно ослабить болезни;

11. разумное преобразование первичной природы Земли с целью сделать ее способной удовлетворить все материальные, эстетические и духовные потребности численно возрастающего населения;

12. исключение войн из жизни общества.

Центральной темой учения о ноосфере является единство биосферы и человечества. Вернадский в своих работах раскрывает корни этого единства, значение организованности биосферы в развитии человечества. Это позволяет понять место и роль исторического развития человечества в эволюции биосферы, закономерности ее перехода в ноосферу.

Одной из ключевых идей, лежащих в основе теории Вернадского о ноосфере, является то, что человек не является самодостаточным живым существом, живущим отдельно по своим законам, он сосуществует внутри природы и является частью ее. Это единство обусловлено прежде всего функциональной неразрывностью окружающей среды и человека, которую пытался показать Вернадский как биогеохимик. Человечество само по себе есть природное явление и естественно, что влияние биосферы сказывается не только на среде жизни, но и на образе мысли.

1. Вернадский В.И. Биосфера и ноосфера. Москва – 1989 г.

2. Рузалин Г.И. Концепция современного естествознания. Москва – 1997 г.

3. Голубев В. С. Эволюция: от геохимических систем до ноосферы. Киев – 1992 г.

4. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология для студентов вузов. Ростов-на-Дону, «Феникс» - 2001 г.

5. Экология. Энциклопедия для детей, том 19. Москва, «Аванта+» - 2001 г.

6. Алексеев В. П. Очерки экологии человека. Москва «Наука» - 1993 г.

Биосфера, согласно учению академика В.И. Вернадского, представляет собой наружную оболочку Земли, включающую все живое вещество и область его распространения (среду обитания). Верхняя граница биосферы — защитный озоновый слой в атмосфере на высоте 20—25 км, выше которого жизнь невозможна ввиду воздействия ультрафиолетового излучения. Нижней границей биосферы являются: литосфера до глубины 3—5 км и гидросфера до глубины 11—12 км (рис. 1.3).

Р ис 1.3. Строение биосферы (по В.И. Вернадскому)

Компоненты биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера — выполняют важнейшие функции по обеспечению жизни на Земле.

Биосфера возникла около 4,5 млрд лет назад и прошла несколько этапов эволюционного развития: от первоначального круговорота органического вещества к биологическому круговороту — непрерывному обмену веществом и энергией между живыми организмами и окружающей средой в течение всей жизни организмов и после их смерти.

Важнейшими компонентами биосферы являются:

Живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);

Биогенное вещество органического происхождения (уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.);

Косное вещество (горные породы неорганического происхождения);

Биокосное вещество (продукты распада и переработки горных пород живыми организмами).

По В.И. Вернадскому, живое вещество является носителем свободной энергии биосферы и связано с неживым веществом биогенной миграцией атомов. Биомасса сухого вещества живых организмов Земли, включающих около 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных, чрезвычайно велика и составляет, примерно, 2,4232*10 12 т. Ежегодный прирост живого вещества на Земле составляет около 8,8*10 11 т. Через эти живые организмы прошло большое количество элементов верхней части литосферы, атмосферы и гидросферы.

Важным во взаимоотношениях организмов является пищевой — трофический фактор (от греч. trophe — пища). Первичное органическое вещество создают зеленые растения {продуценты — производители), используя солнечную энергию. Они потребляют углекислый газ, воду, соли и выделяют кислород.

Потребителей (консументов) можно разделит на два порядка:

I — организмы, питающиеся растительной пищей;

II — организмы, питающиеся животной пищей.

Редуценты (восстановители) — организмы, питающиеся разлагающимися организмами, бактерии и грибы. Здесь особенно велика роль микроорганизмов, до конца разрушающих органические остатки и превращающих их в конечные продукты (минеральные соли, углекислый газ, воду, простейшие органические вещества), поступающие в почву и вновь потребляемые растениями.

Все животные и растения избирательны к составу пищи в зависимости от необходимости в тех или иных минеральных элементах. Животные и растения — необходимые факторы среды по отношению к другим животным и растениям, они взаимно необходимы.

Любой организм приспособлен к существованию в достаточно узких пределах изменения условий окружающей среды, причем выход параметров среды за сложившиеся границы влечет за собой угнетение жизнедеятельности данного вида или его гибель. Границы распространения организма (ареал) обусловлены соблюдением необходимых требований данного организма к условиям (факторам) среды. Каждый вид занимает то место, которое обусловлено его требованиями к территории, пище, воспроизводству и другими функциями организма. Эта совокупность параметров среды для обитания вида, место, занимаемое им в биосфере, называется экологической нишей. Все факторы в экологической нише взаимосвязаны: изменение одного из них влечет за собой изменение других.

Способность живых организмов адаптироваться к факторам среды характеризуется экологической валентностью, или пластичностью.

Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, состоящей из множества меняющихся во времени и пространстве явлений, условий, элементов, называемых экологическими факторами среды. Это любые условия окружающей среды, оказывающие длительное или кратковременное влияние на живые организмы, реагирующие на эти влияния приспособительными реакциями. Они делятся на абиотические (факторы неживой природы) и биотические (факторы живой природы). Принятый сегодня вариант классификации экологических факторов среды представлен в табл. 1.2.

Таблица 1.2
Классификация экологических факторов среды

Абиотические	Биотические
Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление	Фитогенные: растительные организмы
Эдафогенные («эдафос» — почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность	Зоогенные: животные
Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона	Микробиогенные: вирусы, простейшие, бактерии, риккетсии
Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов	Антропогенные: деятельность человека (в том числе строительная)

Характеристики основных абиотических факторов, которые необходимо учитывать при реставрации памятников архитектуры, приведены в Приложении 1.1. Это состав атмосферы; соотношение баллов 12-ти бальной сейсмической шкалы с магнитудой землетрясений; сейсмическая шкала; шкала силы ветра.

Биотические экологические факторы определяют взаимоотношения организмов. Указанные факторы в этом случае называют трофическими, т.е. пищевыми.

Экологические факторы под действием вновь полученных химических веществ, которых нет в природе, и техногенных компонентов, созданных человеком, сильно изменены. Появляются вещества-загрязнители, что приводит к нарушению сапрофитного (поддерживающего равновесие в экосистеме) взаимодействия в природной среде. Это часто сопровождается гибелью животных, растений, приводит к нарушению функций, гибели всего живого и опустыниванию земли. Преобладающими видами в микробиоте становятся патогенные микроорганизмы, которые можно отнести к биологическим загрязнителям. Негативно изменяется состав атмосферы, повышается агрессивность подземных и грунтовых вод. На планете наблюдаются потепление, нарушение озонового слоя, учащаются кислотные дожди.

Все перечисленные факторы оказывают влияние не только на живые организмы (в том числе и человека), но и на памятники, и неучет даже одного из них может сказаться на качестве реставрации и даже привести к гибели памятника.

Живые организмы в природе существуют в виде популяций — исторически сложившихся естественных совокупностей особей данного вида, связанных взаимоотношениями и адаптацией в условиях определенного района или иного места обитания (биотопа). В естественных природных условиях численность и плотность популяции неслучайны, они определяются регулирующими (управляющими) экологическими факторами. Способность среды поддерживать нормальную жизнедеятельность организма или популяции называется емкостью экоси стемы.

Экологическая система (экосистема) — это совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования. В экосистеме связаны биоценоз (сообщество совместно живущих организмов) и биотоп (среда обитания). Основные типы природных экосистем на Земном шаре перечислены на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Основные типы природных экосистем

Академик В.Н. Сукачев предложил понятие биогеоценоз (от греч. биос — жизнь, Гея — Земля, ценоз — общий) — природная система живых организмов и окружающей их абиотической среды, связанная обменом — веществами, энергией и информацией. Сейчас термины «экосистема» и «биогеоценоз» принято считать практически синонимами.

В состав биогеоценоза входят:

Растительный компонент (фитоценоз);

Животный компонент (зооценоз);

Микроорганизмы (микробиоценоз);

Почва и почвенно-грунтовые воды, во взаимодействии с растительным, животным компонентами и микроорганизмами образующие эдафотоп;

Атмосфера, которая, взаимодействуя с другими компонентами, образует климатоп;

Неживая природа, представляющая собой косное вещество — экотоп.

Таким образом, биогеоценоз — пространственно обособленная, целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны между собой. Основными компонентами биогеоценоза являются три группы организмов — растения, животные и микробы, с помощью которых вещества движутся от одного компонента к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе.

Экологические компоненты биогеоценоза (или ландшафта, или средообразующие компоненты) в экологии рассматриваются как основные материально-энергетические составляющие экологических систем. К ним, по Н.Ф. Реймерсу (рис 1.5.), относятся: энергия, газовый состав (атмосфера), вода (жидкая составляющая), почвосубстрат, автотрофы-продуценты (растения) и организмы — гетеротрофы (консументы и редуценты). Сегодня к этому перечню экологических компонентов прибавляют информацию.

Рис. 1.5. Экологические компоненты (по Н.Ф. Реймерсу)

В то же время все экологические компоненты являются природными ресурсами, качество которых определяет качество жизни человека, а антропогенное нарушение взаимодействий между ними может это качество снизить.

В реальных экосистемах круговорот обычно бывает незамкнутым, так как часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть поступает извне. Но в целом принцип круговорота в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере — жизнь на Земле возникла миллиарды лет назад, и если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, их запасы давно исчерпались бы и жизнь прекратилась.

Вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. Например, вырубка лесов или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнений приводят к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде, возникающий под действием промышленных стоков, вызывает загнивание водоемов и перерасход растворенного в воде кислорода, что исключает возможность развития здесь аэробных (потребляющих кислород) бактерий. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в синтетических моющих средствах человек нарушает круговорот этих элементов.

Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места, времени и скоростей процессов, идущих на разных уровнях — от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием; это равновесие подвижное, динамическое.

В экологической системе (без вмешательства человека) поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Человек в процессе своей деятельности постоянно воздействует на экосистему в целом, а также на ее отдельные звенья. Это может проявляться в виде введения в экосистему новых компонентов, в том числе загрязняющих веществ, либо уничтожения отдельных компонентов (отстрел животных, вырубка лесов и т.д.). Не всегда и не сразу эти воздействия ведут к распаду всей системы, нарушению ее стабильности. Но сохранение системы не означает, что она осталась неизменной. Система трансформируется, и оценить количество и направление возникших изменений крайне сложно.

В результате производственной деятельности человека возник новый процесс обмена веществ и энергией между природой и обществом (при сохранении биологического обмена) — антропогенный обмен, который существенно изменяет общепланетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Антропогенный обмен отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, он носит открытый характер. На входе антропогенного обмена находятся природные ресурсы, а на выходе — производственные и бытовые отходы. Экологическое несовершенство антропогенного обмена заключается в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов, как правило, чрезвычайно низок, а отходы производства загрязняют природную среду. Более того, многие из них не разлагаются до природного состояния. Масштабы и скорость антропогенного обмена резко возрастают, вызывая заметное напряжение в биосфере.

На последнем этапе развития биосферы в мощную силу превратилась человеческая деятельность, необратимо и целенаправленно меняющая природную среду. Сформировалась биотехносфера — следствие социального и научно-технического развития человечества. Взаимоотношения между природой и человеком во многих случаях несбалансированы, ведут к угнетению окружающей среды (в частности, разрушению среды архитектурно-исторической), что может привести к деградации биосферы.

Сформированную строителями новую систему можно назвать природно-техногенной (ПТС). Процесс ее формирования, если он не откорректирован в соответствии с экологическими компонентами (другими словами, в соответствии с законами развития экосистемы), как правило, приводит к нарушению естествен-

ных взаимодействий в природной системе, в основном, за счет привнесения в нее «чуждых» компонентов, которые могут быть восприняты экосистемой как загрязнители. Недоучет этих взаимодействий при осуществлении строительной деятельности недопустим, так как он приводит к снижению качества строительства и ухудшает качество среды проживания.

Экологически необоснованная деятельность строителей и реставраторов наносит невосполнимый ущерб природному ландшафту и информационному компоненту экосистемы. Как отмечает Пруцын О.И., происходит разрушение архитектурно-исторической среды*: «Нарушается силуэтность пространственных композиций, гармоничная соподчиненность всего построения, ансамблевое единство. Силуэтность и пропорциональность, достигнутые в историческом периоде, необходимо полностью сохранить, ибо, благодаря классическим соотношениям они могут легко сочетаться с любой предстоящей застройкой».

Не следует забывать, что ландшафт — это всеобъемлющая и вневременная реальность, в которой существовал человек в доурбанистическую эпоху. Именно безукоризненное чувство ландшафта было присуще людям в прошлые века, когда постройки срастались с природным окружением. Архитектура прошлого и сегодня представляет собой школу мастерства зодчества и градостроительства на Руси. Уже начиная с XI в. власти города обязывали застройщиков соблюдать градостроительные правила и законы, регулирующие взаимосвязь между архитектурой и природой. На Руси с XI в. действовал византийский «Закон градский», записанный в кормчих книгах**. Среди его положений были, например, такие: «Только тогда здание можно увидеть по-настоящему, когда оно располагается на стройном месте. Прежде чем строить, осмотри внимательно местность. Выбери такое место, чтобы здание не мешало природе». Или такие: «...повелеваем, чтобы обновляющий ветхий двор не отнимал у соседа света и не лишал его их вида, не изменял первоначального образа»; «...не загораживай насильственно вида соседу, если он прямо видит море, стоя на своем дворе». И сегодня в строительной и реставрационной деятельности основополагающей должна стать «природная» логика.

На этапе развития разумного отношения к сохранению природы должно произойти постепенное превращение биотехносферы в ноосферу — сферу разума, которая, по В.И Вернадскому, является неизбежным и закономерным этапом развития биосферы.

Доказательством начала такого превращения является принятая ООН концепция «устойчивого развития», «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации», напрямую связанная с понятием «устойчивость экологическая». Последняя подразумевает способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов. Нередко «устойчивость экологическая» рассматривается как синоним экологической стабильности.

Ниже рассмотрены основные понятия и требования, относящиеся к категории экологической устойчивости. Их понимание необходимо для решения актуальных задач природопользования в сферах строительной и реставрационной деятельности, создания комфортной среды проживания и определения стратегии деятельности в сфере «устойчивого развития», «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации».

* Пруцын О., Рымашевский Б., Борусевич В. Архитектурно-историческая среда. — М.: Стройиздат, 1990.

** Алферова Г.В. Кормчая книга как ценнейший источник древнерусского градостроительного искусства//Византийский временник, 1973. - Т. 35.

Учение о биосфере Земли является одним из крупнейших и наиболее интересных обобщений ученого в области естествознания. Вернадский В. И. был человеком тонким в вопросах научной этики. Поэтому в своих работах он указывает, что термин «биосфера» принадлежит не ему, а впервые был употреблен в начале 19 века Жаном Батистом Ламарком, а определенный геологический смысл вложил в него в 1875 году австралийский ученый Эдуард Зюсс. Но связанное с этим термином законченное учение создал именно В. И. Вернадский, вложив в это термин совершенно иной, гораздо более глубокий смысл.

Учение о биосфере созданное В. И. Вернадским в 1926 году, рассматривает «живые организмы» как нечто целое и единое», «как живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов в данный момент существующих, численно выраженное в элементарном химическом составе, в весе энергии».

Для совокупности населяющих Землю организмов ввел термин «живое вещество», а биосферой стал называть всю ту среду, в которой это живое вещество находится, то есть всю водную оболочку Земли, поскольку живые организмы существуют и на самых больших глубинах Мирового океана, нижнюю часть атмосферы, в которой летают насекомые, птицы, живут люди, а также верхнюю часть твердой оболочки Земли - литосферы, в которых живые бактерии в поземных водах встречаются до глубины порядка двух километров, а человек своими шахтами проник до еще больших глубин.

В. И. Вернадский определяет биосферу как одну из геосфер, которая коренным и необратимым образом изменена под влиянием живых существ их современной и ранее протекавшей жизнедеятельности. По Вернадскому к биосфере относятся нижние слои стратосферы, вся тропосфера, верхняя часть литосферы, сложенная осадочными породами и гидросфера. Над земной поверхностью биосфера поднимается до высоты примерно 23 км, а ниже поверхности простирается до глубины 12 км. В различных слоях стратосферы находятся более или менее мощные отложения углей, нефти и газа. В растительном происхождении углей никто не сомневается, однако в отношении нефти и подземного газа есть расхождения; некоторые геологи не считают их органическими по своему происхождению. В. И. Вернадский считал и нефть, и подземные газы результатом жизнедеятельности живых компонентов биосферы. В последнее десятилетие при изучении нефти было выяснено, что в нефти существуют некоторые живые бактерии, таким образом, жизнь проникает в более или менее глубокие слои стратосферы.

Таким образом, понятие биосферы очень объемно в смысле радиальных размеров этой оболочки, очень глубоко в отношении понимания роли жизни во всех частях биосферы в ее широком понимании, а также исторично, так как стратосфера может рассматриваться как результат развития биосферы в течение всего геологического времени.

Каждый живой организм в биосфере - природный объект - есть живое природное тело. Живое вещество биосферы есть совокупность живых организмов в ней живущих.

В биосфере существует «пленка жизни», в которой концентрация живого вещества максимальна. Это поверхность суши, почвы и верхние слои вод Мирового океана. Кверху и книзу от нее количество живого вещества в биосфере Земли резко убывает.

Много внимания в своих работах по биосфере В. И. Вернадский уделял зеленому живому веществу растений, потому что только оно автотрофное, только оно способно захватывать лучистую энергию Солнца и с ее помощью создавать первичные органические соединения. Рассмотрев объем и энергетические коэффициенты различных групп растительности, В. И. Вернадский пришел к выводу, что «зеленые просторы океана являются главными трансформаторами солнечной энергии нашей планеты».

Значительная часть энергии «живого вещества» идет на образование в пределах биосферы новых вадозных минералов, вне биосферы не известных, а часть захороняется в виде самого органического вещества, образуя в конечном счете залежи бурых и каменных углей, горючих сланцев, нефти и газа. “Мы имеем здесь дело, пишет В. И. Вернадский, - с новым процессом - с медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности Земли. Этим путем «живое вещество» меняет биосферу и земную кору. Оно непрерывно оставляет в ней часть прошедших через него химических элементов, создавая огромные толщи неведомых, помимо его, вадозных минералов или пронизывая тончайшей пылью своих остатков косную материю биосферы».

В. И. Вернадский считал, что земная кора представляет собой в основном остатки былых биосфер, и даже ее гранитно-гнейсовый слой образовался в результате метаморфизма и переплавления пород, некогда возникших под влиянием живого вещества. Лишь базальты и другие основные магматические породы он считал глубинными, не связанными по своему генезису с биосферой.

Много уделено внимания формам нахождения в биосфере различных химических элементов, делению «живого вещества» биосферы по источникам питания организмов на авто - гетеро и микотрофное, излучению поля устойчивости жизни или пределов жизни, особенностям жизни в гидросфере и на суше, геохимическим циклам сгущений жизни и живых пленок гидросферы.

Именно геологический и космический ракурсы рассмотрения роли живого вещества на планете привели В. И. Вернадского к выводу об огромной мощности биосферы (в несколько километров) и разнородности ее состава.

Биосфера - это организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная жизнью. Пределы биосферы обусловлены, прежде всего, полем существования жизни. Из этих определений вытекают несколько совершенно конкретных понятий, раскрывающих сущность биосферы.

Биосфера - не просто одна из существующих оболочек Земли, подобно литосфере, гидросфере, атмосфере. В. И. Вернадский предельно лаконично указывает ее основное отличие-это организованная оболочка. И чтобы понять суть биосферы, нужно понять, как и кем она организована, в чем состоит организованность биосферы. Биосфера имеет определенные пределы; то есть некоторые конечные размеры, в рамках которых она может быть выделена и научно изучена. Следовательно, выявив главную движущую силу развития биосферы - живое вещество, - необходимо установить те пространственные и временные ограничения (пределы), которые накладываются на деятельность живого вещества. Пределы биосферы связываются с полем существования живого. Но любое поле может сохраняться и поддерживаться лишь при условии сохранения определенных физических или химических параметров, показателей его состояния. Значит должны быть установлены некоторые необходимые и достаточные параметры для физического сохранения «полей жизни» в биосфере и самой биосферы.

На протяжении миллиарда лет существования биосферы организованность создается и сохраняется деятельностью живого вещества -совокупности всех живых организмов. Форма же деятельности живого, его биогеохимическая работа в биосфере, заключается в осуществлении необратимых и незамкнутых круговоротов вещества и потоков энергии между основными структурными компонентами биосферной целостности: горными породами, природными водами, газами, почвами, растительностью, животными, микроорганизмами. Этот непрерывающийся процесс круговоротного движения составляет один из краеугольных камней учения о биосфере и носит название биохимической цикличности. Изучение биохимических циклов как незамкнутых круговоротов помогает более глубоко проникнуть в суть процессов организованности биосферной оболочки. Каждое последующее состояние биосферы не повторяет предшествующее. Вовлечение в миграционные циклы приводит к непрерывному обновлению биосферы, способствует ее прогрессивному эволюционному развитию, усложнению живого вещества, возрастанию многообразия живых организмов.

Вопрос о пределах биосферы В. И. Вернадским связывается с сохранением пределов жизни. Представления о них претерпевают коренные изменения буквально с каждым новым днем развития науки. Еще вчера мы были убеждены, что температура кипения в 100 С невозможна для жизни какого-либо живого существа. Сегодня же впечатляют все новые открытия мира термофильных организмов, обнаруженных в вулканических жерлах, гейзерах и подводных изменениях, для некоторых из них стоградусная температура “холодновата” для нормального деления клеток (размножения), они живут и при температуре +250 С и даже при +250 С. Есть сведения о возможности перенесения бактериями температуры абсолютного нуля (-273 С).

Велика пластичность жизни, но все же пределы ее объективно существуют, и они определяют пределы развития биосферы, ее структуру и функции. Верхняя граница биосферы охватывает всю тропосферу и ограничивается озоновым слоем (23-25км), который своеобразным экраном защищает все живое от губительного воздействия ультрафиолетовой радиации. Нижняя граница очень изрезана; биосфера включает всю гидросферу суши и Мировой океан, на материках проникает в среднем в земную кору до глубин 16 км. Здесь она сопрягается с областью «былых биосфер», - так В. И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосферы прошлых геологических периодов. Это накопление известняков, углей, горючих сланцев, остаточных горных пород.

Былые биосферы - документированное доказательство геологически вечного развития биосферы. В большом геологическом цикле движения вещества ископаемые остатки биосфер прошлого выходят на дневную поверхность, разрушаются, захватываются живыми организмами в новые биогенные циклы круговорота, затем снова выходят из него и опускаются в глубокие горизонты земной коры, где подвергаются метаморфизации, переплавке, и где отдают запасенную в них солнечную энергию. Так длится миллиарды лет, сколько существует биосфера.

Возраст биосферы приближается к геологическому возрасту Земли как планы Солнечной системы.

Пространство и время - две основные формы движущейся материи - в трудах В. И. Вернадского являлись стратегической целью, некоторой «Сверхзадачей» всей его натурфилософии. Глубина проникновения в строение окружающей действительности и широкий исторический охват рассмотрения каждого ее аспекта не могли не привести естествоиспытателя к отысканию фундаментальных свойств реальности, которые наиболее полно выражаются в понятиях пространства и времени.

Время и пространство отдельно не встречаются, они нераздельны. Мы не знаем ни одного явления, которое бы не занимало части пространства и части времени. Только для логического удобства представляем мы отдельно пространство и отдельно время, только так, как наш ум вообще привык поступать при разрешении какого-нибудь вопроса. В действительности ни пространства, ни времени в отдельности мы не знаем нигде, кроме нашего воображения. Что же это за части неразделимые - чего, очевидно того, что только и существует - это материи, которую мы разбиваем на две основные координаты: пространство и время.

Как только натуралист спрашивает себя, каким образом проявляются пространство и время в отдельно взятых уровнях организации движущейся материи, ему нельзя обойтись без ответа на вопрос: изменяются ли их специфические черты в этих конкретных формах или остаются стабильными. Как известно, здесь возможны два ответа, каждый из которых связан с определенной исторической традицией. Первая из них берет свое начало от Ньютона, в теории которого пространство и время абсолютны и независимы от движения материальных образований. Пространство суть лишь бесконечное вместилище тел, а время - некие единые мировые часы, на фоне хода которых существуют и происходят события всех масштабов. С такой точки зрения биосфера и жизнь, несмотря на то, что представляет собой вполне определившейся уровень организации материи, теряет всякую качественность, их специфика в расчет не принимается и они как исчезающая малость растворяются в абсолютной общности.

Согласно второй традиции, истоки которой лежат в натурфилософии Лейбница, пространство и время - неотъемлемые атрибуты материи. Не имеет смысла утверждать о существовании пространства без самих тел природы и о времени до образования тел. Пространство есть порядок расположения материальных образований, а время - порядок их следования.

Именно в русле этой второй системы взглядов лежат исследования природы пространства и времени Вернадским. В его трудах получает свою специфическую пространственно-временную определенность биологический уровень движения материи. Он считает, что время начинает свой отчет именно с момента создания биосферы. «Мы говорим об историческом, геологическом, космическом и т. п. временах. Удобно отличать биологическое время, в пределах которого проявляются жизненные явления.

Это биологическое время отвечает полутора-двум миллиардам лет, на протяжении которых нам известно на Земле существование биологических процессов начиная с археозоя».

Ныне срок существования биосферы почти совпал с возрастом самой планеты как космического тела (порядка 4, 5 млрд. лет). Тем самым подтверждается предвидение Вернадского о геологической вечности биосферы. И соответственно вскрылся более глубокий пласт его мыслей о биологическом времени: исходя из общей методологической установки об атрибутивности пространства и времени, можно сказать, что до возникновения биосферы нет отсчета времени, ибо главной, определяющей длительностью в биосфере следует считать время биологическое. Отсюда следует логический вывод, противоположный ньютоновской традиции: не жизнь существует на фоне пространства и времени необъятной Вселенной, а Вселенная - на фоне времени жизни. Иными словами, то привычное, ставшее незамечаемым воздухом науки и обыденного знания, само собой разумеющееся представление, по которому жизнь появилась в определенный момент уже шедшего времени, это представление подвергается у Вернадского глубокому переосмыслению. Время, привычное нам, т. е. необратимо однонаправленное, связанное с прогрессивной эволюцией и текущее в нас самих, как существах, частью принадлежащих к биосфере, и есть реальное и истинное, длительность же большинства безжизненных процессов во избежание путаницы нельзя возводить в ранг времени.

В биосферных процессах, как ни в каких других природных явлениях, подвластных наблюдению и точному исследованию, наиболее полно и отчетливо проявляются основные качественные признаки времени: необратимость и однонаправленная последовательность. Биосфера никогда не возвращается в прежнее состояние. Двигателем ее необратимости служит ее биологическая составляющая, непрерывно и последовательно эволюционирующая от прошлого к будущему. Причиной ее движения служит способность живого вещества трансформировать солнечную энергию. Некоторая ее часть, падающая на поверхность земли, уже не возвращается в мировое пространство, а переходит в другие формы энергии, накапливаясь в биосфере.

Это глобальный процесс, не прерываясь ни на миг, идет миллиарды лет. Он служит материально - энергетическим субстратом течения необратимого биологического времени.

Резкое отличие биологического времени от всех других его форм основано на отличительных, ярких, но не поддающихся пока удовлетворительному объяснению чертах, связанных с чисто биологическим уровнем организации материи, а именно с необратимостью и однонаправленной прогрессивностью. Обе эти качественные характеристики биологического времени и свойственный только живому особенный характер биопространства позволили сделать Вернадскому эмпирическое обобщение о специфичности биологического пространства - времени.

В учении о биосфере ключевым понятием служит понятие организованности биосферы, в которой живое вещество выступает как функция проявления биохимической энергии организмов. Именно она позволяет организовать абиотические составляющие биосферы через посредство информационных процессов, которые и составляют, по-видимому, сущность функционирования живого вещества.

В биосфере, которая в целом представляет собой биокосное тело, живое вещество, по весу и объему несравнимое с косным, управляет материально-энергетическими процессами поверхностной оболочки планеты, формируя при этом собственное, независимое от других времен, время - пространство жизни.

Придя к идее инвариантности пространства и времени жизни, Вернадский рассмотрел не только качественные их стороны, но и количественные. Он исследовал возможные подходы к определению собственной метрики времени, связанной с жизненными процессами. В философии, обыденном знании считается, что течение времени неопределимо само по себе, неуловимо. Можно лишь найти такой процесс, который поможет маркировать течение времени.

Вернадский связывает метрику времени с делением самих организмов, с их размножением, как наиболее ярком проявлении биохимической энергии. Ритм этого, как говорил ученый, деления - деления, задается скоростью прохождения отдельных неделимых жизни и всей биосферы. Наиболее наглядно выявляется фактор времяобразования в делении микроорганизмов, которые обладают стабильной скоростью размножения. «Смена поколений, - писал Вернадский, - есть своеобразное биологическое проявление времени, резко отличающее одно живое вещество от другого, с различным для каждого масштабом сравнения. Возможно найти для них и общий масштаб». Если принять тот масштаб, о котором идет речь, то необходимо признать, что время биосферы есть поток, состоящий из квантов, которым проходит каждая живая клетка. Сама возможность деления клеток обусловлена существованием на субатомном уровне квантованного времени, наличием порции времени, меньше которой не бывает и которыми живое отмеряет, членит пространство определенным метрическим шагом. Такой состав и строение пространства-времени определяет мощность потока биосферного времени, который соответствует количеству одновременно делящихся и живущих клеток живого вещества.

С чисто философской стороны лейбнецианскую традицию атрибутивности пространства и времени исследовали многие. Наиболее близко к такой постановке проблемы пространства и времени подошел В. Муравьев. Здесь впервые поставлен вопрос об изменении формы проявления времени в зависимости от прогрессивного развития движущейся материи. И хотя рассуждение ведется на уровне самых абстрактных категорий, тем не менее в нем содержится реальный смысл. Если есть развитие, то оно не может не сказываться на изменении формы времени, которая не может находиться в раз навсегда данной, застывшей форме. Если время представляет собой в наиболее усредненном виде составляющую всех мировых сил, считает философ, то среди них должны быть активные элементы, изменяющие строение времени.

Наука наших дней характеризуется повышенным вниманием к проблемам пространства и времени. И наиболее сильному натиску подвергается биологическое пространство - время. Оно легче других времен, если они существуют как реальность, а не только мысленная конструкция, поддается измерениям. И в этом смысле понятие кванта биологического времени полнее отделяет качество биологической формы движения материи от других проявлений. Он помогает полнее понять феномен жизни и наметить перспективы дальнейших исследований.

Одним из наиболее интересных вопросов с философской точки зрения считается эволюция биосферы.

В. И. Вернадский считал объем и вес «живого вещества» биосферы неизменным на протяжении всей геологической истории Земли. Он предполагал, что в процессе биологической эволюции менялись только формы проявления жизни. Много писал о больших изменениях биосферы под влиянием деятельности человека, об антропогенных факторах геологических процессов. Он считал это явление новым, наложенным на стационарное существование биосферы.

В более поздних работах, с середины 30-х годов, В. И. Вернадский пересмотрел эту свою точку зрения и пришел к выводу, что биосфера по массе «живого вещества», его энергии и степени организованности в геологической истории Земли все время эволюционировала, изменялась, что влияние деятельности человека явилась естественным этапом этой эволюции и что в результате ее биосфера неизбежно должна коренным образом измениться и перейти в новое состояние.

Появление человека и влияние его деятельности на окружающую среду представляет собой не случайность, не «наложенный» на естественный ход событий процесс, а определенный закономерный этап эволюции биосферы. Этот этап должен привести к тому, что под влиянием научной мысли и коллективного труда объединенного человечества, направленных на удовлетворение всех его материальных и духовных потребностей, биосфера Земли должна перейти в новое состояние, которое он предложил назвать «ноосферой» (от греческого слова «ноос» - разум) - сферой человеческого разума. Сам термин «ноосфера», как и термин «биосфера», не принадлежит В. И. Вернадскому. Он возник в 1927 году в статьях французского математика Эдуарда Леруа, написанных после прослушанных в 1922 - 1923 годах курса лекций В. И. Вернадского по проблемам геохимии и биогеохимии.

В. И. Вернадский начал применять термин “ноосфера” строго в математическом смысле. «Ноосфера» - это не отвлеченное царство разума, а исторически неизбежная стадия развития биосферы. Еще в 1926 году в статье «Мысли о современном значении истории знаний» он писал: «Созданная в течении всего геологического времени, установившаяся в своих равновесиях биосфера начинает все сильнее и глубже меняться под влиянием научной мысли человечества».

Вот эту биосферу Земли, измененную научной мыслью и преобразованную для удовлетворения всех потребностей численно растущего человечества он и назвал впоследствии «ноосферой».

В. И. Вернадский попытался дать ответ на вопрос о том, в чем заключаются те реальные условия или предпосылки образования ноосферы, которые уже созданы или создаются в настоящее время в ходе исторического развития человечества. По мнению В. И. Вернадского, основные предпосылки создания ноосферы сводятся к следующему.

Человечество стало единым целым. Мировая история охватила как единое целое весь земной шар, совершенно покончила с уединенными, мало зависимыми друг от друга культурными историческими областями прошлого. Сейчас “нет ни одного клочка Земли, где бы человек не мог прожить, если б это было ему нужно”.

Преобразование средств связи и обмена. Ноосфера - это единое организованное целое, все части которого на самых различных уровнях гармонично связаны и действуют согласованно друг с другом. Необходимым условием этого является быстрая, надежная, преодолевающая самые большие расстояния связь между этими частями, постоянно идущий материальный обмен между ними, всесторонний обмен информацией.

Открытие новых источников энергии. Создание ноосферы предполагает столь коренное преобразование человеком окружающей его природы, что ему никак не обойтись без колоссальных количеств энергии. «В самом конце прошлого столетия неожиданно была открыта новая форма энергии, существование которой предвидели немногие умы, - атомная энергия». Это было написано еще в 30-е годы а сейчас мы уже видим, как человечество овладело атомной энергией и как расширяется с каждым годом ее применение в мирных целях...

Подъем благосостояния трудящихся. Ноосфера создается разумом и трудом народных масс.

Равенство всех людей. Охватывая всю планету как целое, ноосфера по самому своему существу не может быть привилегией какой-либо одной нации или расы. Она дело рук и разума всех народов без исключения.

Исключение войн из жизни общества. В наше время война, угрожая самому существованию человечества, встала как самое большое препятствие на пути к ноосфере. Отсюда следует, сто без устранения этой преграды достижение ноосферы практически невозможно и, напротив, уничтожение угрозы войны будет означать, что человечество сделало крупный шаг к созданию ноосферы.

Ноосфера, по мнению Вернадского, - это новая геологическая оболочка Земли, создаваемая на научных основаниях... «Научная мысль, -писал он, - охватила всю планету, все на ней находящиеся государства. Всюду создались многочисленные центры научной мысли и научного искания. Это - первая основная предпосылка перехода биосферы в ноосферу».

Ноосфера является результатом действия слившихся в единый поток двух величайших революционных процессов современности: в области научной мысли, с одной стороны, и социальных отношений - с другой. Поэтому создание ноосферы возможно лишь как следствие прочного союза тех сил, которые являются основой этих процессов, т. е. союза науки и трудящихся масс.

Основоположники учения о ноосфере верили, что ее становление ведет к упорядочению природной и социальной действительности, к более совершенным формам бытия. Ноосфера возникает как результат планомерного, сознательного преобразования биосферы, ее превращения в качественно новое состояние. Этот процесс рассматривался как несомненное благо, несущее человечеству разрешение трудных проблем. В. И. Вернадский и даже Т. де Шарден связывали его с социалистической организацией жизни людей, расширяя задачу преодоления стихийности природы до общества. В некоторых случаях ноосфера рассматривалась как полное устранение зла, как всеобщая гармония, что особенно типично для ее космических вариантов.

Некоторые направления мысли, близко стоявшие к учению о ноосфере или являющиеся его предпосылками, например, «русский космизм», фактически вообще не подвергаются трезвому анализу. Критический взгляд на них как бы свидетельствует об отсутствии возвышенности духа.

Экологические тенденции современности, однако, столь тревожны, что требуют мыслить и действовать, несмотря на теоретические стереотипы. Нужна коренная перемена представлений о ноогенезе. Ее исходные посылки: учение о ноосфере с самого начала несло в себе элементы утопии.

Под общую закономерность жизни и смерти утопий подпадает учение о ноосфере в той его части, где оно действительно утопично. Отсюда же следует, что если на первом этапе становления ноосферы трудно, неоправданно ожидать критического отношения к теоретическому выражению происходящих процессов, то на этапе их развертывания, когда обнаруживаются дотоле скрытые противоречия, мы обязаны обратиться к рефлексии над теорией.

Сейчас ноосфера находится в стадии интенсивного развития и по масштабам присущих ей процессов соперничает с «чистой» биосферой. Появилась угроза существованию природы в качестве самостоятельной целостности. Между тем отношение к ноосфере продолжает быть преимущественно восторженным, будто ее развитие не стоит ни в какой связи с кризисом современной цивилизации. «По мысли В. И. Вернадского, ноосфера - это гармоническое соединение природы и общества, это торжество разума и гуманизма, это слитые воедино наука, общественное развитие и государственная политика на благо человека, это - мир без оружия, войн и экологических проблем, это - мечта, цель, стоящая перед людьми доброй воли, это - вера в великую миссию науки и человечества, вооруженного наукой». Подобное некритическое отношение к ноосфере господствует и в нашем повседневном сознании, в науке и философии.

Каждый более или менее образованный человек нашего времени, к какой бы среде деятельности он ни был причастен, слышал это несколько таинственное и манящее какими-то глубинными смыслами и надеждой слово: ноосфера. Широким сознанием оно опознается особой новинкой ХХ века, пожалуй, такой, как для публики прошлого столетия была теория эволюции. Ноосфера для второй половины нашего века - нередко такая же премудрая и туманная знаменитость, вызывающая некоторый трепет, как для первой половины была теория относительности.

Суть идей Леруа и Т. де Шардена заключалась в том, что эволюция в человеке произвела принципиально новое орудие своего дальнейшего развития, подготовленное длительным процессом совершенствования нервной системы; это особая духовно-психическая способность, какой до того в природе не существовало: разум рефлективного типа, обладающий самосознанием, возможностью глубинно познавать самого себя и мир.

Каково же действительное содержание процессов в «области планеты», охваченной разумной человеческой деятельностью? Становление ноосферы и возникновение кризисных ситуаций, угрожающих самому существованию людского рода - один и тот же процесс. Ноосфера как реальность является искусственной средой, которая теснит и подавляет ареал биологического бытия. Формирование искусственной среды открыло перед людьми небывалые возможности для роста материальной обеспеченности, комфорта и безопасности, подняло новую ступень культурное развитие, но оно же ведет к загрязнению воды и воздуха, опустыниванию почвы, общей деградации естественной среды обитания. По последствиям для человека чрезмерное разрастание искусственного явления оказывается сугубо противоречивым, с неясными перспективами.

Содержание разума должно быть нечто, что воплощаясь, дает орудие. Так как содержание разума - термины и их отношения, то можно сказать: орудия - не что иное, как материализованные термины, и потому между законами мышления и техническими достижениями могут быть усматриваемы постоянные параллели. Не случайно, потребность в обновлении мировоззрения, идеологии, психологии мы сужаем до потребности в «новом мышлении». Духовность начали называть менталитетом, культура сциентизируется. Поэтому, приходится признать, подлинным денотатом ноосферы является искусственная реальность, образующий фактор которой, в широком смысле слово - технология. Основное глобальное противоречие, между естественным и искусственным, между универсумом природы и универсумом деятельности. Оно существовало с момента появления человечества, в настоящее время обострилось до критического состояния.

Мир переполнен нагнетанием различных угроз человеку как биологическому виду. Не будем их приращивать. Все они обобщаются в возможности нарушения экологического баланса планеты, после чего начнутся необратимые хаотические процессы. Наиболее вероятным пусковым фактором может стать истощение озонового слоя атмосферы. Количество фторсодержащих углеводородов в ней продолжает увеличиваться, угрожая здоровью всего живого на земле, в том числе растений. Как бы в ответ на эту и другие угрозы человек уже сейчас старается «защититься» от среды, где он должен жить: в быт входят установки искусственного климата, кондиционеры, ионизаторы и прочие очистители, вплоть до противогазов. Доведение подобных тенденций до логического конца означает замыкание человека в своей квартире или рабочем помещении как в кабине космического корабля. Улицу он перебегает как вражескую территорию.

Ноосфера как гармония - аналог политической утопии коммунизма и прочих, более ранимых мечтаний о рае. В соответствии с духом времени она опирается на науку. Так к ней и надо относится, хотя против надежд и утопий вообще выступать нет смысла. Они полезны в той мере, насколько, смягчая трагические реалии, помогают жить. Когда же утопия мешает трезвому взгляду на вещи, то она может стать опаснее того, от чего спасает. Нужны реалистические надежды, функциональные утопии, надежды, что возможно длительное совместное развитие биосферы и ноосферы, при которой скорость преобразования окружающей среды будет не выше скорости нашего приспособления к ней. За эти надежды надо бороться, так как они - условие выживания человечества.

Название ноосфера происходит от греческого «ноос» - разум и обозначает, таким образом, сферу разума. Однако представление о ноосфере в настоящее время не является однозначным.

В. И. Вернадский, развивая учение о биосфере, придавал понятию ноосферы глубоко научное содержание, которое должно учитываться в процессе перестройки среды и общества. В этом отношении ноосферу следует рассматривать как высшую стадию развития биосферы, связанную развитием в ней человеческого общества, которое, познавая законы природы и развития и развивая технику до самого высокого уровня ее возможностей, становится крупной планетарной силой, превышающей по своим масштабам все известные геологические процессы вместе взятые. При этом человечество оказывает решающее влияние на протекание всех процессов в биосфере, глубоко изменяя ее своим трудом. Научное и практическое значение деятельности В. И. Вернадского - основателя учения о биосфере состоит в том, что он впервые во всеоружии знаний глубоко обосновал единства человека и биосферы. Сама живая материя как носитель разума составляет небольшую часть биосферы по весу. Возникновение человека и человеческого общества явилось результатом живого вещества в пределах биосферы.

Оценивая роль человеческого разума и научной мысли как планетарного явления В. И. Вернадский пришел к следующим выводам:

Ход научного творчества является той силой, которой человек меняет биосферу, в которой он живет.

Это проявление изменения биосферы есть неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли.

Это изменение биосферы происходит независимо от человеческой воли, стихийно, как природный естественный процесс.

А так как среда жизни есть организованная оболочка планеты -биосфера, то вхождение в ходе ее геологически длительного существования нового фактора ее изменения- научной работы человечества - есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние - в ноосферу. В переживаемый нами исторический момент мы видим это более ясно, чем могли видеть раньше. Здесь вскрывается перед нами «закон природы». Новые науки - геохимия и биохимия - дают возможность выразить некоторые важные черты процесса математически.

После трудов В. И. Вернадского накопился огромный материал по биосфере, по производственной деятельности человеческого общества. В связи с развитием производственных сил возникают новые по качеству круговороты вещества в биосфере по пути превращения ее в ноосферу. Основные их признаки заключаются в следующем.

Возрастание механически извлекаемого материала земной коры - рост разработки месторождений полезных ископаемых. Происходит массовое потребление (сжигание) продуктов фотосинтеза прошлых геологических эпох.

Процессы в антропогенной биосфере приводят к рассеиванию энергии, а не к ее накоплению, что было характерно для биосферы до появления человека. В биосфере в массовом количестве создаются вещества, ранее в ней отсутствовавшие, в том числе чистые металлы.

Появляются, хотя и в ничтожно малых количествах трансурановые химические элементы (плутоний и др.) в связи с развитием ядерной технологии и ядерной энергетики. Совершается освоение ядерной энергии за счет деления тяжелых ядер. Ноосфера выходит за пределы Земли в связи с прогрессом научно-технической революции.

В связи с потребительским отношением к природным ресурсам и накоплением отходов производства антропогенная нагрузка на биосферу быстро возрастает и приближает биосферу к критическому состоянию. Естественно, что возникает проблема ограничения антропогенных воздействий, которая в наши дни становится чрезвычайно актуальной. Это осознается научной общественностью и многими политическими деятелями.

В связи с возрастанием антропогенной нагрузки на биосферу возникают многочисленные проблемы, которые предстоит решить в ближайшем будущем во избежание роковых последствий. Это чрезвычайно важная задача, решение которой потребует больших усилий со стороны человеческого разума, привлечения ученых в области естественных и гуманитарных наук.

Гениальность В. И. Вернадского как основателя учения о биосфере - естественнонаучной основы концепции ноосферы - в том и состоит, что он впервые понял и всей совокупностью научных знаний глубоко обосновал единство человека и биосферы. Это величайшее открытие В. И. Вернадского по своим социальным последствиям относится к вершинам мирового естествознания, к непреходящим завоеваниям современной и будущей человеческой цивилизации. Без него не может быть создана - и не может быть теперь понята - сущность концепции ноосферы.

Предугаданное В. И. Вернадским наступление эпохи научно- технической революции в ХХ в. стало рождением новой эры человечества -ноосферы. И с первой основной предпосылкой перехода биосферы в качественно новое эволюционное состояние, «максимальной силой создания ноосферы», по В. И. Вернадскому, служит научная мысль. Материальным ее выражением в преобразуемой человеком биосфере является труд. Единство мысли и труда, труда и мысли создает новую социальную сущность человека, предопределяет переход биосферы в ноосферу.

Вместе с единством человечества, научной мыслью, ростом активности народных масс важнейшими предпосылками возникновения ноосферы и условиями ее существования, по В. И. Вернадскому, служит объединяющая морально-этическая основа и отсутствие разрушительных войн. Мир между народами в условиях перехода биосферы в ноосферу - один из главных определяющих факторов построения ноосферы в историческом периоде жизни нескольких поколений. Всю деятельность человечества в создании ноосферы должна направлять объединяющая гуманистическая идея как проявление высшей целесообразной деятельности людей на благо и всего общества, и отдельной человеческой личности. В ноосфере, отмечал В. И. Вернадский, высшей социальной ценностью становится развитие свободной человеческой личности.

На основании вышесказанного можно сделать следующие выводы о возможности использования ноосферной концепции В. И. Вернадского в качестве основы для разработки фундаментальной теории:

Естественнонаучным фундаментом концепции ноосферы служит созданное В. И. Вернадским учение о биосфере как целостной планетарной оболочке, получившее мировое признание и интенсивно развивающееся в настоящее время.

Концепция ноосферы отражает новый, объективно происходящий в мире, стихийный процесс перехода биосферы в новое эволюционное состояние - ноосферу под влиянием социальной научной мысли и труда человечества. Этот процесс, относящийся к началу эпохи НТР, предопределен возникновением и резким ускорением научно-технического прогресса в ХХ веке на большей части Земли.

Главным социальным двигателем перехода биосферы в ноосферу в современный период, согласно предвидениям В. И. Вернадского, служит резко возросшая творческая активность народных масс, стремление их к получению максимального научного знания, участия в общественной жизни и управления государством.

Единственной жизнеспособной социально-экономической и политической основой построения ноосферы является, по В. И. Вернадскому, научный социализм.

Концепция ноосферы раскрывает оптимальные пути взаимодействия общества и природы.

Реальное построение основ ноосферы в исторический период зрелого социализма, исходя из сути ноосферной концепции, возможно посредством перехода экономики на путь интенсивного развития, усиления прикладного значения науки, формирования нового типа научного управления.

Понятие о ноосфере в качестве высшей социальной ценности ставит развитие свободной личности в гармоничной окружающей среде. Тем самым концепция ноосферы отвечает идеалам гуманизма.

Концепция ноосферы в качестве основополагающего условия ее создания и проявления выдвигает отсутствие разрушительных войн между народами.

Основатель общего учения о биосфере В. И. Вернадский неоднократно подчеркивал, общежитейские понятия «природы» могут отвечать либо части, либо всей биосфере Земли. Другой «природы», кроме биосферы - планетарной оболочки, развивающейся под воздействием живого вещества, реально не существует.

Природная составляющая ноосферного комплекса - это биосфера в целом и ее отдельные экологические регионы (экосистемы и их сочетания). Биосфера здесь выступает в трех главных сущностях: 1) колыбель человека разумного, неустранимая основа его физического и духовного обогащения,

2) материальный носитель всех без исключения хозяйственных и социальных преобразований общества, 3) единственный из ныне известных источников всех природных ресурсов. Следовательно, биосфера служит реальным пространством-временем, вмещающим весь процесс общественно-исторического развития. В познании законов эволюции биосферы и ее организованности лежит ключ к действительно разумному преобразованию ее трудом и социальной мыслью человека, к построению ноосферы.

Современное человечество располагает таким огромным объемом знаний о мире, использует в своей деятельности такие мощные средства и методы познания, о которых и мечтать не могли прошлые поколения. Но главное все же в том, что во второй половине ХХ века впервые в истории возникла проблема опасных для человека изменений окружающей среды.

Жизнь, живое вещество, и до появления человечества на Земле активно преобразовывала ее оболочку. Известковые горы - остатки бесчисленного множества раковин. Залежи угля, насчитывающие миллиарды тонн ископаемых остатков растений, тоже результат жизнедеятельности организмов. Но никогда еще в прошлом деятельность живых существ не угрожала … самой жизни. Сегодня биосфера явилась источником процессов, угрожающих ее собственному существованию. Природопреобразующая деятельность человечества стала для планеты сопоставимой по масштабам воздействия на ее оболочку с такими природными факторами, как геологические процессы, эволюция животного и растительного мира и тому подобными. Люди извлекают из недр Земли и перерабатывают уже не сотни тысяч, а миллиарды тонн полезных ископаемых, но значительная часть добытых богатств в конце концов превращается в отходы человеческой деятельности, все сильнее загрязняющие природную среду - атмосферу, гидросферу, поверхность суши. Гигантские рельефы и шахты, отвалы и терриконы, дороги и заселяемые территории преобразили облик планеты. Каждый год с лица Земли исчезают десятки видов растений, насекомых, животных, тысячи гектаров зеленых лесов, поставляющих кислород, необходимый всему живому. Так возникла и продолжает обостряться проблема экологии - сохранения окружающей среды в необходимом для существования человека виде.

Человечество вышло в околоземный и отдаленный космос. Околоземное пространство уже нельзя себе представить без десятков летающих спутников, космических лабораторий, зондов. Радиосигналы, посылаемые землянами с помощью мощных передатчиков, обнаруживаются на огромных расстояниях от Земли. Космические аппараты достигают окрестностей самых удаленных от Солнца планет. Все это внесло пока не очень заметные, но уже неустранимые изменения в космическое пространство. Деятельность человека стала космопланетарным фактором.

Еще сравнительно недавно люди не задумывались о собственном влиянии на окружающий мир: слишком малыми казались эти воздействия. Даже в первой половине ХХ века человечество продолжало противопоставлять себя природе. Да при этом, признавалось, что человек-часть природы, ее порождение, но такая, которая должна господствовать над всей остальной природой. Не ждать милостей от природы, а брать нужное силой, побеждать окружающий мир-какими привычными были эти слова! Но власть над Землей не только заманчива: она возлагает на того, кто взял ее в свои руки, огромную ответственность. Вот об этой ответственности и забыло человечество, полагавшее, что ресурсы природы бесконечны. Оказалось, что не бесконечны.

Понимание того, как, в сущности, мала Земля, насколько близки к исчерпанию невозобновляемые запасы многих минералов, пришло совсем недавно. Ощутимой стала угроза нехватки запасов нефти. Исчезли с лика Земли необжитые пространства, удобные для расширения сельского хозяйства. Стало ясно, что даже простой чистой пресной воды на планете не так уж и много.

Люди наконец стали понимать, что техническая деятельность человечества способна привести к таким последствиям, к таким изменениям Земли, в условиях которых жизнь на планете станет невозможной.

Экономика и развитие науки и техники способны решить современные глобальные проблемы человечества, в том числе и проблему экологического кризиса.

Большие достижения в естественных науках совершил В.И. Вернадский. У него есть множество работ, и он стал основателем биогеохимии – нового научного направления. В его основе лежит учение о биосфере, которое основывается на роли живого вещества в геологических процессах.

Сущность биосферы

На сегодняшний день существует несколько понятий биосферы, основным среди которых считается следующее: биосфера – это среда существования всех живых организмов. Область охватывает большую часть атмосферы и заканчивается в начале озонового слоя. Также в биосферу входит вся гидросфера и некоторая часть литосферы. В переводе с греческого слово означает «шар» и именно в пределах этого пространства обитают все живые организмы.

Ученый Вернадский считал, что биосфера – это организованная сфера планеты, которая находится в контакте с жизнью. Он первый создал целостное учение и раскрыл понятие «биосферы». Работа российского ученого началась в 1919 году, а уже в 1926 гений презентовал миру свою книгу «Биосфера».

Согласно Вернадскому биосфера – это пространство, область, место, которое состоит из живых организмов и среды их обитания. Кроме того, ученый считал биосферу производным. Он утверждал, что она является планетарным явлением, имеющим космический характер. Особенностью данного пространства является «живое вещество», которое населяет пространство, а также придает уникальный облик нашей планете. Под живым веществом ученый понимал все живые организмы планеты Земля. Вернадский считал, что на границы и развитие биосферы влияют различные факторы:

• живое вещество;
• кислород;
• углекислый газ;
• вода в жидком состоянии.

Эту среду, в которой сосредоточена жизнь, могут ограничивать высокие и низкие температуры воздуха, минеральные вещества и чрезмерно соленая вода.

Состав биосферы по Вернадскому

Изначально Вернадский считал, что биосфера состоит из семи разных веществ, связанных между собой геологически. К ним относятся:

• живое вещество – данный элемент состоит из огромной биохимической энергии, которая создается в результате непрерывного рождения и умирания живых организмов;
• биокосное вещество – создается и перерабатывается благодаря живым организмам. К данным элементам относится почва, горючие ископаемые и др.;
• косное вещество – относится к неживой природе;
• биогенное вещество – совокупность живых организмов, например, лес, поле, планктон. В результате их гибели образуются биогенные породы;
• радиоактивное вещество;
• космическое вещество – элементы космической пыли и метеориты;
• рассеянные атомы.

Чуть позже ученый пришел к выводу, что в основе биосферы лежит живое вещество, под которым понимается совокупность живых существ, взаимодействующих с неживым костным веществом. Также в биосфере есть биогенное вещество, которое создается с помощью живых организмов, а это преимущественно горные породы и минералы. Помимо этого, в биосферу входит биокосное вещество, произошедшее вследствие взаимосвязи живых существ и косных процессов.

Свойства биосферы

Вернадский тщательно изучал свойства биосферы и пришел к выводу, что основой функционирования системы является бесконечный круговорот веществ и энергии. Данные процессы возможны только в результате деятельности живого организма. Живые существа (автотрофы и гетеротрофы) создают необходимые химические элементы в процессе своего существования. Так, с помощью автотрофов происходит преобразование энергии солнечного света в химические соединения. Гетеротрофы, в свою очередь, потребляют созданную энергию и приводят к разрушению органических веществ до минеральных соединений. Последние являются фундаментом для создания новых органических веществ автотрофами. Таким образом, происходит цикличный круговорот веществ.

Именно благодаря биологическому круговороту биосфера представляет собой самоподдерживающуюся систему. Циркуляция химических элементов является основополагающей для живых организмов и существования их в атмосфере, гидросфере и почве.

Основные положения учения о биосфере

Ключевые положения учения Вернадский изложил в работах «Биосфера», «Область жизни», «Биосфера и космос». Ученый обозначил границы биосферы, включив в нее всю гидросферу вместе с океаническими глубинами, земную поверхность (верхний слой литосферы) и часть атмосферы до уровня тропосферы. Биосфера является целостной системой. Если один из ее элементов погибнет, то биосферная оболочка разрушится.

Вернадский первый из ученых, кто стал употреблять понятие «живое вещество». Жизнь он определял как фазу развития материи. Именно живые организмы подчиняют себе другие процессы, которые происходят на планете.

Характеризируя биосферу, Вернадский утверждал следующие положения:

• биосфера является организованной системой;
• живые организмы являются доминирующим фактором на планете, и они сформировали современное состояние нашей планеты;
• на земную жизнь оказывает влияние космическая энергия

Таким образом, Вернадский заложил основы биогеохимии и учений о биосфере. Многие его утверждения актуальны на сегодняшний день. Современные ученые продолжают изучать биосферу, но они также уверенно опираются на учение Вернадского. Жизнь в биосфере распространена везде и всюду обитают живые организмы, которые за пределами биосферы существовать не могут.

Вывод

Работы известного российского ученого распространены по всему миру и используются в наше время. Широкое применение учений Вернадского можно увидеть не только в экологии, но и в географии. Благодаря работам ученого охрана и забота о человечестве стала одной из самых актуальных задач на сегодняшний день. К сожалению, с каждым годом проблем с окружающей средой становится всё больше, что ставит под угрозу полноценное существование биосферы в будущем. В связи с этим, необходимо обеспечить устойчивое развитие системы и минимизировать развитие негативных воздействий на окружающую среду.

I. Учение Вернадского о биосфере

В развитие биологии в ХХ веке большой вклад внесли русские ученые. Русская биологическая школа имеет славные традиции. Первая научная модель происхождения жизни создана А.И. Опариным. В.И. Вернадский был учеником выдающегося почвоведа В.В. Докучаева, который создал учение о почве как своеобразной оболочке Земли, являющейся единым целым, включающим в себя живые и неживые компоненты. По существу, учение о биосфере было продолжением и распространением идей Докучаева на более широкую сферу реальности.

Значение учения о биосфере Вернадского для экологии определяется тем, что биосфера представляет собой высший уровень взаимодействия живого и неживого и глобальную экосистему. Результаты Вернадского поэтому справедливы для всех экосистем и являются обобщением знаний о развитии нашей планеты.

Термин «биосфера» введен в науку австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. Он выделил четыре геологические оболочки Земли: атмосферу воздушную оболочку, гидросферу – водную оболочку, литосферу – твердую оболочку и биосферу – живую оболочку. В.И. Вернадский, изучавший взаимодействие живых и неживых систем, переосмыслил понятие биосферы. Он понимал биосферу как сферу единства живого и неживого.

Под биосферой Вернадский понимал тонкую оболочку Земли, в которой все процессы протекают под прямым воздействием живых организмов. Биосфера располагается на стыке литосферы, гидросферы и атмосферы. В атмосфере верхние границы жизни определяются озоновым экраном - тонким слоем озона на высоте примерно 20 км. Океан населен жизнью до дна самых глубоких впадин в 10-11 км. В твердую оболочку Земли жизнь проникает до 3 км (бактерии в нефтяных месторождениях).

Свои выводы о структуре и функциях биосферы он изложил в виде эмпирических обобщений, которые позже были названы учением о биосфере. Основные эмпирические обобщения Вернадского выглядят так:

1. Первым выводом из учения о биосфере является принцип целостности биосферы. «Можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы». Строение Земли, по Вернадскому, есть согласованный механизм. «Твари Земли являются созданием сложного космического процесса, необходимой и закономерной частью стройного космического механизма». Само живое вещество не является случайным созданием.

2. Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере, по Вернадскому, «все учитывается и все приспособляется с той же точностью, с той же механичностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов вещества и атомов энергии».

3. Закон биогенной миграции атомов: в биосфере миграция химических элементов происходит при обязательном непосредственном участии живых организмов. Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Лик Земли фактически сформирован жизнью.

4. Космическая роль биосферы в трансформации энергии. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.

5. Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдерживать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.

6. Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.

7. Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни - физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их неразрушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организмов. Верхний предел жизни обусловливается излучением, присутствие которого убивает жизнь и от которого предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры. Интервал в 433 0 С (от минус 252 0 С до плюс 180 0 С) является предельным тепловым полем.

8. Всюдность жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат приспособленности в ходе времени.

9. Постоянство количества живого вещества в биосфере. Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества (1.5 х 10 21 г и 10 20 -10 21 г). Это обобщение справедливо в рамках значительных геологических отрезков времени, и оно следует из того, что живое вещество является посредником между Солнцем и Землей и, стало быть, либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.

В структуре биосферы Вернадский выделил пять элементов: 1) живое вещество – совокупность живых организмов планеты; 2) косное вещество, сформированное без участия жизни; 3) биогенное вещество, созданное в процессе жизнедеятельности организмов (нефть, уголь, газы атмосферы, известняки и т.д.); 4) биокосное вещество – результат взаимодействия живых организмов с неживой средой (почва, илы, озерная вода); 5) вещество космического происхождения.

Как следует из учения о биосфере, она выполняет следующие функции: 1) энергетическую – в процессе фотосинтеза растения поглощают энергию Солнца; 2) газовую – в процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ и выделяется кислород, в процессе дыхания наоборот поглощается кислород и выделяется углекислый газ, также из атмосферы поглощается молекулярный азот и выделяется затем в процессе денитрификации; 3) окислительно-восстановительную - в биосфере происходит взаимопревращение атомов с изменением валентности (например, соединений металлов); 4) концентрационную – живые организмы накапливают в своих телах элементы таблицы Менделеева, в результате чего после их отмирания образуются, например, полезные ископаемые; 5) деструкционную – разложение остатков мертвых организмов и их минерализация.

II. Круговорот веществ в биосфере

Считается, что в природе два основных круговорота – большой (геологический) и малый (биогеохимический).

1. Большой геологический круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Магматические породы поднимаются из недр земли в результате вулканической деятельности и движения плит, превращаются у поверхности в осадочные породы, затем в подвижных зонах снова опускаются в зону высоких температур, где снова переплавляются в магму. И движение повторяется вновь. К большому круговороту относится также круговорот воды: влага, испарившаяся с поверхности океана, выпадает дождем над сушей, откуда вода вновь стекает в океан.

1. Малый круговорот веществ (биогеохимический) совершается в пределах биосферы, движимый живыми существами. В отличие от энергии, которая однажды использованная организмом, превращается в тепло и теряется для экосистемы, вещества циркулируют в биосфере, что и называется биогеохимическими круговоротами. Из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе, около 40 нужны живым организмам. Наиболее важные для них и требующиеся в больших количествах - углерод, водород, кислород, азот. Кислород поступает в атмосферу в результате фотосинтеза и расходуется организмами при дыхании. Азот извлекается из атмосферы благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий и возвращается в нее другими бактериями.

Круговороты элементов и веществ осуществляются за счет саморегулирующих процессов, в которых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы являются безотходными, так как в природе нет ничего бесполезного или вредного.

Существует закон глобального замыкания биогеохимического круговорота в биосфере, действующий на всех этапах ее развития, как и правило увеличения замкнутости биогеохимического круговорота в ходе сукцессии. В процессе эволюции биосферы увеличивается роль биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота. Еще большую роль на биогеохимический круговорот оказывает человек. Но его роль осуществляется в противоположном направлении. Человек нарушает сложившиеся круговороты веществ, и в этом проявляется его геологическая сила, разрушительная по отношению к биосфере на сегодняшний день.

Когда более 3 млрд лет тому назад на Земле появилась жизнь, атмосфера состояла из вулканических газов. В ней было много углекислого газа и крайне мало кислорода (если он вообще был), поэтому первые организмы были анаэробными. Так как продукция в среднем превосходила дыхание, за геологическое время в атмосфере накапливался кислород и уменьшалось содержание углекислого газа. Сейчас содержание углекислого газа в атмосфере увеличивается в результате сжигания больших количеств горючих ископаемых и уменьшения поглотительной способности «зеленого пояса». Последнее является результатом уменьшения количества самих зеленых растений, а также связано с тем, что пыль и загрязняющие частицы в атмосфере отражают поступающие в атмосферу лучи.

В результате антропогенной деятельности степень замкнутости биогеохимических круговоротов уменьшается. Хотя она довольно высока (для различных элементов и веществ она не одинакова), но тем не менее не абсолютна, что и показывает пример возникновения кислородной атмосферы. Иначе невозможна была бы эволюция, ведь наивысшая степень замкнутости биогеохимических круговоротов наблюдается в тропических экосистемах - наиболее древних и консервативных.

Таким образом, следует говорить не об изменении человеком того, что не должно меняться, а скорее о влиянии его на скорость и направление изменений и на расширение их границ, нарушающее правило меры преобразования природы. Последнее формулируется следующим образом: в ходе эксплуатации природных систем нельзя превышать некоторые пределы, позволяющие этим системам сохранять свойства самоподдержания. Нарушение меры как в сторону увеличения, так и уменьшения приводит к отрицательным результатам. Например, избыток вносимых удобрений столь же вреден, сколь и недостаток. Это чувство меры утеряно современным человеком, считающим, что в биосфере ему все позволено.

Надежды на преодоление экологических трудностей связывают, в частности, с разработкой и введением в эксплуатацию замкнутых технологических циклов. Создаваемые человеком циклы превращения материалов считается желательным устраивать так, чтобы они были подобны естественным циклам круговорота веществ. Тогда одновременно решались бы проблемы обеспечения человечества невосполнимыми ресурсами и проблема охраны природной среды от загрязнения, поскольку ныне только 1-2% веса природных ресурсов утилизируется в конечном продукте.

Теоретически замкнутые циклы превращения вещества возможны. Однако полная и окончательная перестройка индустрии по принципу круговорота вещества в природе не реальна. Хотя бы временное нарушение замкнутости технологического цикла практически неизбежно, например, при создании синтетического материала с новыми, неизвестными природе свойствами. Такое вещество вначале всесторонне апробируется на практике, и только потом могут быть разработаны способы его разложения с целью внедрения составных частей в природные круговороты.