§7. Понятие о биосфере. Краткий анализ эволюции биосферы

 

Термин «биосфера»  ввел в науку геолог из Австрии Эдуард Зюсс  в 1875 году. «Лик Земли» – так называется его фундаментальный труд, над которым ученый работал четверть века. Зюсс под биосферой понимал «тонкую пленку жизни на земной поверхности». Роль биосферы для живых организмов настолько велика, что уже в начале двадцатого века возникло новое научное направление  в естествознании – учение о биосфере, основоположником которого является великий русский ученый Владимир Иванович Вернадский. По В.И. Вернадскому, биосфера – это наружная оболочка Земли, среда обитания живого вещества, которая включает в себя все живые организмы и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Согласно учению В.И. Вернадского,  в состав биосферы входят верхняя часть литосферы (твердая оболочка Земли), вся гидросфера (водная оболочка Земли) и нижние слои атмосферы (воздушная оболочка Земли), т.е. те участки, где обнаружена жизнь. В настоящее время живые организмы населяют планету от глубины 11км (океанские впадины) до высоты в атмосфере около 20 км (граница озонового слоя).

По представлениям В.И. Вернадского, все вещества, входящие в состав биосферы, можно разделить на следующие группы:

                   живые вещество (т.е. все вещества, входящие в состав живых организмов);

                   биогенное вещество (уголь, известняки, нефть и др.);

                   косное вещество (в его образовании живые организмы не участвуют);

                   биокостное (создается с помощью живых организмов);

                   радиоактивное вещество;

                   вещество космического происхождения (метеориты и дрю);

                   рассеянные атомы.

Все эти типы веществ геологически связаны между собой.

Важнейшей частью учения В.И. Вернадского о биосфере являются представления о возникновении и развитии биосферы, о роли живых организмов на планете. Великий ученый показал в своих работах исключительную роль «живого вещества», преобразующего облик планеты.

Многие вопросы, касающиеся появления и развития жизни на Земле, до сих пор остаются без ответа. Земля и окружающая ее среда сформировались в результате закономерного развития всей Солнечной системы около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного  в Солнечной системе газово-пылевого вещества. В результате обособления вещества Земли в космическом пространстве, под действием ее гравитационного поля и в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, физическим свойствам оболочки Земли: ядро в центре, мантия, земная кора (литосфера), гидросфера, атмосфера.

По новейшим данным, масса Земли составляет 6·10²¹т, объем – 1,083·10¹² км³, площадь поверхности – 510,2 млн. км². Размеры, аследовательно, и все ресурсы нашей планеты ограничены.

Около 3-3,5 млрд. лет назад в результате эволюции материи на Земле возникла жизнь, и началось развитие биосферы. Остатки первых живых клеток – прокариотов (лишенных ядер) обнаружены в породах возраста 3 млрд. лет, первые клетки с ядром – в породах  с возрастом около 1 млрд. лет. Первые живые организмы нашей планеты были анаэробами (т.е. для их существования не нужен был воздух). По всей видимости, пищей для этих организмов были органические вещества, содержащиеся в горячих источниках водоемов. Дефицит пищи привел со временем к возникновению фотосинтеза (3,5 млрд. лет назад). Около 1,4 млрд. лет назад на планете появились первые многоклеточные организмы. Примерно 600 млн. лет назад произошел новый эволюционный взрыв – появились новые формы жизни – губки, кораллы, черви, моллюски. Деятельность фотосинтезирующих организмов (бактерий) привела к накоплению кислорода в воздухе, со временем сформировался озоновый слой, который защитил нашу планету от губительного коротковолнового электромагнитного излучения. Это позволило представителям живого мира выйти на сушу, ведь до сих пор жизнь существовала на определенной глубине, там, где ослабевало губительное излучение. Растительный покров, достаточное количество кислорода и питательных веществ, привели к возникновению таких крупных животных, как динозавры, млекопитающие. Примерно 300 млн. лет назад произошло падение содержания кислорода в атмосфере, что привело к снижению скорости разложения мертвого органического вещества, и, как следствие, к бурному накоплению массы отмерших органических веществ, что создало запасы ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Примерно 100 млн. лет назад количество кислорода в атмосфере приблизилось к современному.

Таким образом, живое вещество преобразовывало среду обитания. Появление кислорода в атмосфере, новых горных пород (известняков, гранита),  горючих полезных ископаемых   (угля, нефти, природного газа),  почв связано с возникновением и развитием живого вещества. С возникновением человека начался новый этап в эволюции биосферы. Будучи лишь представителем животного мира, человек сам стал мощным фактором, преобразующим облик планеты. Человек является единственным видом, потребляющим энергии больше, чем требует его физиология. Он извлекает из земной коры и распыляет в атмосфере, гидросфере все, что было накоплено в ней за 4 млрд. лет благодаря деятельности других живых организмов.

В процессе эволюции биосфера неоднократно переживала катастрофы. Около 99% всех видов, населявших Землю, погибло. Возникаетвопрос: каким путем пойдет дальнейшее развитие человеческого общества и биосферы в целом? Дать однозначный ответ на этот вопрос трудно. Серьезное вмешательство человека в природные системы уже привело к ухудшению состояния биосферы. Сжигание огромного количества органического топлива привело к накоплению в атмосфере углекислого газа, оксидов азота и др. веществ, вызывающих глобальные климатические изменения на планете (усиление парникового эффекта), над многими участками планеты нарушен озоновый слой, загрязнены воздух, водоемы, почвы, резко сокращается видовое разнообразие. Все это приводит к изменению естественной скорости круговорота веществ. Биосфера чрезвычайно упруга, она противостоит варварской деятельности человека. Но каков предел устойчивости биосферы? Поскольку роль человека в преобразовании планеты колоссальна, то именно человек должен взять на себя ответственность сохранения биосферы, устойчивого развития планеты. Высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и становлением в ней цивилизованного человечества, когда его разумная деятельность становится главным определяющим фактором ее развития, называетсяноосферой. Впервые понятие «ноосфера» было использовано в 1927 году французским ученым Э. Леруа, который говорил о необходимости сделать стихийный процесс развития биосферы управляемым. Более глубокое объяснение этого термина дал в своих работах В.И. Вернадский. Он показал, что переход к ноосфере должен быть закономерным и неизбежным этапом развития биосферы, этапом разумного регулирования взаимоотношений человека и природы.

«Биосфера перейдет так или иначе, рано или поздно в ноосферу… На определенном этапе развития человек вынужден взять на себя ответственность за дальнейшую эволюцию планеты, иначе у него не будет будущего», – утверждал В.И. Вернадский.