35. Поняття біосфери та її еволюції

1. Поняття і еволюція біосфери

Біосфера (від біо ... і сфера), оболонка Землі, склад, структура і енергетика якої в істотних рисах обумовлені минулої чи сучасної діяльністю живих організмів.  Біосфера охоплює частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери, що взаємозв'язані складними біогеохімічними циклами міграції речовин і енергії (за В. І. Вернадського, - біогеннаміграція атомів); початковий момент цих циклів укладений у трансформації сонячної енергії рослинами і синтезі біогенних речовин на Землі . Термін "біосфера" ввів в 1875 австрійський геолог Е. Зюсс.  Загальне вчення про біосферу створено в 20-30-х рр.. 20 в. В. І. Вернадським, що розвинув ідеї В. В. Докучаєва про комплексне природно-історичному аналізі взаємодіють у природі різноякісних об'єктів і явищ (факторів грунтоутворення) і виявленні самостійних природних об'єктів гетерогенної структури та складу (грунту, природні зони). В основі вчення Вернадського лежать уявлення:  1) про планетарну геохімічної ролі живої речовини (сукупність всіх живих організмів, що існували або існують у певний відрізок часу, що розглядаються як потужний геологічний, фактор; на відміну від живих істот, що вивчаються в біології на всіх рівнях їх організації, починаючи від молекулярного, жива речовина , в розумінні Вернадського, як біогеохімічний фактор, кількісно виражається в елементарному хімічному складі, масі та енергії).  2) про організованості біосфери, що є продуктом складного перетворення речовинно-енергетичного та інформаційного потоків живою речовиною за час геологічної історії Землі.  Біосфера включає не тільки область життя (біогеосфери, фітогеосферу, геомеріду, вітасферу), але й інші структури Землі, генетично пов'язані з живою речовиною.  По Вернадського, речовина біосфера складається з семи різноманітних, але геологічно взаємопов'язаних частин:  - Жива речовина; - Биогенное речовина;  - Відсталу речовину;  - Биокосное речовинаРадіоактивну речовину;  - Розсіяні атоми;  - Речовина космічного походження.  У межах біосфери скрізь зустрічається або жива речовина, або сліди його біогеохімічної діяльності. Гази атмосфери (кисень, азот, вуглекислота), природні води, так само як і каустобиолитов (нафти, вугілля), вапняки, глини та їх метаморфічні похідні (сланці, мармури, граніти тощо) у своїй основі створені живою речовиною планети.  Шари земної кори, позбавлені в даний час живого речовини, але перероблені нею в геологічному минулому, Вернадський відносив до області "колишніх біосфер". Біосфера мозаїчна щодо структури і складу, відображаючи геохімічну і геофізичну неоднорідність лику Землі (океани, озера, гори, ущелини, рівнини і т.д.) і нерівномірність у розподілі живої речовини по планеті як в минулі епохи, так і в наш час.  Максимальний вміст живої речовини гідросфери приурочено до мілководдя, мінімальне - до глибинних акваторій (абиссаль); на суші ця нерівномірність проявляється в мозаїці біогеоценотичного покриву (ліси, болота, степи, пустелі та ін) з мінімумом щільності живої речовини у високогір'ях, пустелях і полярних областях. Елементарна структура активної частини сучасної біосфери - біогеоценоз.  Жива речовина виконує такі біогеохімічні функції: газові (міграція газів та їх перетворення); концентраційні (акумуляція організмами хімічних елементів із зовнішнього середовища); окислювально-відновні (хімічні перетворення речовин, що містять атоми із змінною валентністю, - сполук заліза, марганцю, мікроелементів і т.д.); біохімічні та біогеохімічні функції, пов'язані з діяльністю людини (зсуви, форма творення і перетворення речовини в біосфері, стимулююча перехід біосфери в новий стан - ноосферу). Сукупність цих функцій визначає всі хімічні перетворення в біосфері Еволюція біосфери діалектично пов'язана з еволюцією форм живої речовини (організми та їх спільноти), ускладненням його біохімічних функцій, що відбуваються на тлі геологічної історії Землі.  У вченні про біосферу виділяють наступні основні аспекти: енергетичний, що висвітлює зв'язок біосферному-планетарних явищ з космічними випромінюваннями (в основному сонячними) та радіоактивними процесами в земних надрах; біогеохімічний, що відображає роль живої речовини у розподілі та поведінці атомів (точніше їх ізотопів) в біосфері та її структурах; інформаційний, що вивчає принципи організації та управління, здійснювані в живій природі у зв'язку з дослідженням впливу живої речовини на структуру та склад біосфери; просторово-часової, що висвітлює формування та еволюцію різних структур біосфери в геологічному часу у зв'язку з особливостями просторово-часової організованості живої речовини в біосфері (проблеми симетрії та інше);ноосферний, що вивчає глобальні ефекти впливу людства на структуру і хімію біосфери: розробка корисних копалин, отримання нових, відсутніх до того в біосфері речовин (наприклад, чистіалюміній, залізо та інші метали) , перетворення біогеоценотіческіх структур біосфери (зведення лісів, осушення боліт, розорювання цілинних земель, створення водосховищ, забруднення вод, грунтів і атмосфери продуктами господарської діяльності, внесення добрив, ерозія грунтів, лісонасадження, будівництво міст, гребель, промислове господарство тощо) .  Вихід людини в космос, за межі біосфери, буде стимулювати розробку нових сторін вчення про біосферу. Суттєвий момент вчення про біосферу - уявлення про взаємозв'язки (прямих і зворотних зв'язках) і зв'язаного еволюції всіх структур біосфери. Це уявлення покладено в основу розробки багатьма національними та міжнародними організаціями, науковими центрами та лабораторіями проблеми "біосфера і людство". Вирішенню цієї проблеми служать заходи, в яких беруть участь багато країн, наприклад Міжнародне гідрологічний десятиріччя, Міжнародна біологічна програма і т.д. Підвищений інтерес до вивчення біосфери викликаний тим, що локальне вплив людини на біосферу, характерне для всієї передувала історії, змінилося в 20 ст. глобальним його впливом на склад, структуру і ресурси біосфери. На планеті немає ділянки суші або моря, де б не були виявлені сліди діяльності людини. Один з яскравих прикладів - глобальні випадіння радіоактивних опадів - продуктів ядерних вибухів.  В атмосфері, океані і на суші повсюдно присутні (нехай у незначних кількостях) продукти згоряння нафти, вугілля, газів, відходи хімічної та іншої індустрії, отрутохімікати і добрива, що зносяться з полів в процесі водної та вітрової ерозії. Інтенсивне і нераціональне використання ресурсів біосфери - водних, газових, біологічних та ін, які згубно гонкою озброєнь, випробуваннями ядерної зброї і т.д., розвіяло міф про нескінченність і невичерпності цих ресурсів. Численні приклади руйнівної діяльності людини і, на жаль, рідкісні приклади його творчої діяльності (у т. ч. у плані охорони природи) свідчать про актуальність розумного ведення земних справ розумним людством, що можливо тільки при переході від стихійного капіталістичного виробництва до плановогогосподарства соціалістичного і комуністичного суспільства.  Природно-науковою основою раціонального підходу до проблеми "біосфера і людство" - однієї з найграндіозніших проблем нашого часу - служать вчення про біосферу та биогеоценология - дисципліни, які вивчають загальні принципи і механізми функціонування та еволюції спільнот живих організмів в певних просторових і часових умовах.  Завдяки створеному В. І. Вернадським вчення про біосферу не лише термін "біосфера" отримав широке поширення й визнання, хоча нерідко і в різному розумінні, але, по суті, виникла нова парадигма.  Суть її, ймовірно, можна висловити словами самого В. І. Вернадського: "Жива речовина є найпотужніша геологічна сила, що росте з ходом часу". Однак треба було майже половина сторіччя, щоб геологи глибоко усвідомили і стали обгрунтовувати і розвивати уявлення про те, що геологічна історія земної кори почалася завдяки великої перетворюючої ролі живої речовини, а тому сама стратісфери Землі є прямим продуктом розвитку біосфери. В останні роки стали велику увагу приділяти проблемі взаємозв'язку живого і мінерального світів, їх коеволюції, що знайшло відображення, зокрема, у проведенні з цієї тематики спеціальних міжнародних семінарів. Нерозривний зв'язок живого і мінерального світів у біосфері викликана тим, що будь-який прояв життя не може існувати без обміну речовин з навколишнім середовищем, тобто поза біологічних кругообігів. Неодмінною умовою існування біосфери є функціонування глобального циклу органічного вуглецю. Енергетичну основу цього циклу складає фотосинтез, головний речовий показник результативності якого - величина глобальної продукції живої речовини. Найважливішою характеристикою циклу, визначальною інтенсивність його впливу на геологічне середовище і на швидкість її зміни, є маса випадаючого з нього та захоронювати в осадових породах органічної речовини. Аналіз кількісної моделі глобального циклу органічного вуглецю показує, що для еволюції біосфери, стратісфери, а тим самим і земної кори, основною закономірністю є їх евтрофікація і супутня їй оксігенізація.  Відбулися й суттєві зміни біосфери в цілому, що виразилися в проходженні нею декількох стадій: ембріональної, юної, зрілою і, можливо, вже входження в старечу. У всіх усвідомлених і, ймовірно, поки ще не виявлених причинно-наслідкових зв'язках живого і мінерального світів функціонування живої речовини виступає як основна причина зміни, що спостерігаються в системах різного масштабу. Якщо еволюція живої речовини визначала спрямовані зміни глобального літогенезу, то тектонічні рухи (ендогенні процеси) накладали на нього різноманітні риси повторюваності, викликали просторову приуроченість його різних стадій і (через зміни швидкості ерозії і осадконакопленія) впливали на ступінь завершеності літогенетіческіх процесів. Одночасно, впливаючи на зміни маси захороняется при осадконакоплении та / або руйнується при вивітрюванні органічної речовини, ці рухи в свою чергу могли істотно впливати на функціонування глобального циклу органічного вуглецю. Таким чином, біосфера - дуже складна, саморегурірующаяся відкрита система, в якій діє принцип Ле Шательє, що обумовлює стійкість її існування. Інтегральним показником її еволюції та зростаючого в часі впливу живої речовини на геологічні процеси є евтрофікація земної кори.