Тема 13. Биосфера и ноосфера.

1. Учение В.И. Вернадского о биосфере и ее планетные характеристики.

2. Функции живого вещества в биосфере.

3. Система: природа – биосфера – человек и противоречия в этой системе. Влияние человека на природу. Техносфера.

4. Учение В.И. Вернадского о ноосфере. Концепция устойчивого развития и стратегия выживания.

1. Сегодня общепризнанной является система взглядов на биосферу, которую создал В.И. Вернадский. Сам Вернадский ссылается на Ж.-Б. Ламарка, заметив, что «он дал нам представление о роли биосферы в истории нашей планеты». Однако, Ламарк не использовал термин биосфера. Термин биосфера впервые был использован в 1875 г. авст. геологом Э. Зюссом. Под биосферой понималась вся совокупность живых организмов вместе со средой их обитания. Однако, Зюсс ничего не говорил о геологической роли биосферы и ее зависимости от планетарных факторов Земли. Впервые идею о геологических функциях «живого вещества» высказал В.И. Вернадский в 1919 г. По Вернадскому биосфера – это одна из оболочек Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определены работой живого вещества.

Труды Вернадского не только внесли определенный вклад в развитие многих разделов естествознания, но и принципиально изменили научное мировоззрение 20 в., определили положение человека и его научные мысли в эволюции биосферы, позволили по-новому взглянуть на окружающую природную среду, поставили много актуальных проблем и наметили пути их решения.

Фундаментом научного мировоззрения Вернадского служит понятие живого вещества. По его представлениям живые организмы без пропусков заполняют всю поверхность планеты. Размножением, питанием, дыханием они создают определенное давление на среду, т.е. являются мощной биогеохимической силой, меняют течение всех химических реакций, участвуют в круговороте всех химических элементов.

В его учении четко прослеживаются эмпирические обобщения:

1. Первым выводом из учения о биосфере является принцип целостности биосферы.

2. С принципом целостности биосферы и неразрывной связи в ней живых и косных компонентов связан принцип гармонии биосферы и ее организованности.

3. Роль живого в эволюции Земли.

4. Космическая роль биосферы в трансформации энергии.

5. Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии.

6. Понятие автотрофности.

7. Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается разножением.

8. Формы нахождения химических элементов: 1) горные породы и минералы; 2) магма; 3) рассеянные элементы; 4) живое вещество.

9. Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности.

10. Биосфера представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Само живое вещество не является случайным созданием.

11. Всюдность жизни в биосфере.

12. Постоянство количества живого вещества в биосфере.

На основе эмпирических выводов Вернадский делает теоретические выводы:

1. Жизнь вечна, т.к. вечен Космос. И всегда передавалась путем биогеоценозов.

2. Живое вещество не могло произойти от косного. Наоборот, эволюция земных оболочек идет под влиянием живого вещества.

3. Живое вещество могло быть занесено из Космоса, где жизнь вечна, и укрепиться на Земле.

4. Жизнь на Земле была всегда. Время существования планеты – это время существования на ней жизни. Жизнь была распространена всюду.

5. Идея всегдашней оживленности жизни. То есть, возможна биосфера, состоящая из одних прокариот. Такой она была в прошлом. Прокариоты нельзя рассматривать отдельно от среды, т.к. они изменяют ее своей жизнедеятельностью. Они вездесущи, встроены почти в каждую геохимическую реакцию. Результаты их деятельности впечатляют.

Верхняя граница биосферы находится в стратосфере – на высоте 20-25 км от поверхности Земли. Верхний предел жизни ограничивается озоновым слоем, задерживающим ультрафиолетовые и космические излучения. Нижняя граница жизни проходит по литосфере – на глубине 2-3 км. жизнь сосредоточена главным образом в верхней части литосферы – в почве и на ее поверхности. В водной оболочке планеты – гидросфере – нижняя граница жизни отмечается на глубине около 11 км. Совокупность всех живых организмов биосферы называется живым веществом, а количественное выражение ее – биомассой.

Биомасса растений на Земле составляет приблизительно 3 × 10¹² т, животных – всего лишь 1-3 % биомассы растений. Распределение биомассы на Земле зависит от природно-климатических условий, скорости воспроизводства живых организмов и их размножения. Биомасса Мирового океана почти в 1000 раз меньше, чем на суше. Суммарная биомасса суши составляет 97 % всей биомассы Земли. В живом веществе абсолютно преобладает фитомасса; много меньше роль зоомассы и микроорганизмов. Общий вес живого вещества на Земле оценивается в триллион тонн. Ежегодная продукция живого вещества на Земле – 230 млрд т., из них на материках – 170 млрд т., в океане 60 млрд т. Но интенсивность жизненных циклов в океане значительно выше, чем на суше.

Основные принципы естественного устройства биосферы:

• биосфера использует внешние источники энергии;

• биосфера использует вещество в основном в форме круговоротов, обуславливая тем самым развитие жизни;

• в биосфере существует огромное многообразие видов и биологических сообществ.

2. Какие именно геохимические функции выполняла и выполняет биосфера? В процессе круговорота веществ живое вещество выполняет следующие функции: газовую, концентрационную, окислительно-восстановительную, энергетическую, средообразующую, транспортную. Эти функции можно конкретизировать на следующих примерах.

1. Основная планетная функция живого вещества на Земле заключается в связывании и запасении солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Эта энергия затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере.

2. В биосфере в результате жизнедеятельности м/о осуществляется такие химические процессы как окисление и восстановление элементов. Пример: денитрифицирующие бактерии, серо- и железобактерии. Геологический результат их деятельности – образование осадочных месторождений серы, залежей сульфидов металлов, возникновение железных и железомарганцевых руд.

3. Процессы разложения также осуществляются при участии м/о и животных. В круговорот включаются основные продукты разложения – углекислый газ, аммиак, вода, которые образуются в процессе минерализации. Кроме этого, в почве часть освобождающихся веществ вновь конденсируются с образованием почвенного гумуса со значительным запасом энергии, которая является основой плодородия почвы.

4. Природные воды, обогащенные этими продуктами, становятся химически высокоактивными и выветривают горные породы.

5. Жизнедеятельность живых организмов определяет кислородный режим современной воздушной оболочки. Значительная часть его идет на окисление минеральных веществ.

6. Углекислый газ поступает в атмосферу за счет дыхания всех организмов. Расходуется же в процессах органического синтеза, а также на выветривание горных пород и образование карбонатов.

7. Азот из атмосферы фиксируется м/о. После их смерти он переходит в доступные растениям соединения и включаются в цепи питания и разложения.

8. Продуцируя и потребляя газообразные вещества, организмы биосферы поддерживают постоянство состава воздушной оболочки.

9. Живое вещество перераспределяет атомы в биосфере, концентрируя их в себе: кальций, кремний, натрий, алюминий и т.п. Отмирая, они образуют скопления этих веществ. Возникают залежи известняков, фосфоритов и др.

3. Человечество является составной частью и продолжением единой природы. Оно не в состоянии существовать и развиваться вне природы. Связь человека с окружающей средой особенно ярко выражена в сфере материального производства посредством извлекаемых природных ресурсов. Таким образом, Природа является естественной основой жизнедеятельности человека и общества в целом. Наиболее тесно человек связан с такими составляющими природы и биосферы как географическая среда и окружающая среда.

Географическая среда – это часть природы, которая вовлечена в сферу жизни человека, в производственный процесс. Многообразие свойств природы явилось естественной основой разделения труда. Следовательно, от особенностей географической среды зависит конкретные направления человеческой деятельности (развитие тех или иных отраслей производства). Неблагоприятные природные условия существенно тормозили общественное развитие.

Но если бы человек находил все необходимые ему средства к существованию в природе в готовом виде, то не было бы стимулов для совершенствования производства, а, следовательно, и для собственного развития.

Таким образом, не только наличие тех или иных природных условий для производства, но и их недостаток также оказывал ускоряющее влияние на развитие общества. В этом проявляется взаимодействие составляющих системы природа – биосфера – человек.

Масштабы созданной человечеством материальной культуры огромны. И темпы ее развития постоянно увеличиваются. В наши дни техномасса (все созданное человеком за год) уже на порядок превышают биомассу. Уровень воздействия человека на окружающую среду зависит, в первую очередь, от технической вооруженности общества.

Техника все менее остается только вспомогательной силой для человека. Все больше проявляется ее автономность (автоматические линии, роботы, межпланетные станции, компьютерные системы). По аналогии с живым веществом, мы можем говорить о техновеществе как совокупности всех существующих технических устройств и систем.

Дальнейшее развитие техники требует просчета оптимальных вариантов взаимодействия составных частей техновещества и последствий его влияния на природу. В результате преобразования человеком естественной среды можно говорить уже о реальном существовании нового ее состояния – техносферы, которая выражает совокупность технических устройств и систем вместе с областью технической деятельности человека. Ее структуру можно представить следующим образом: техногенное вещество, технические системы, атмосфера + космос, гидросфера, верхняя часть литосферы и живое вещество.

Техносфера все больше преобразует природу, изменяя прежние и создавая новые ландшафты (горы мусорных свалок, заброшенные карьеры, залежи пустых пород при разработке полезных ископаемых и т.п.), способствуя деградации окружающей природной среды, исчерпанию невозобновимых и возобновимых природных ресурсов, приводя к исчезновению флоры и фауны, загрязняя атмосферу, гидросферу, литосферу и пр.

Технические ландшафты из отходов производства, уничтожение признаков жизни в целых регионах, загнанная в резервации (пр.: заповедники) природа и пр. – вот реальные плоды негативного влияния человека, вооруженного техникой, на окружающую среду.

4. Огромное влияние человека на природу и масштабные негативные последствия его деятельности послужили основой для создания учения о ноосфере (сфере разума). Впервые его ввел в научный оборот в 1927 г. фран. ученый Э. Леруа. Вместе с Тейяром де Шарденом он рассматривал ноосферу как некое идеальное образование, внебиосферную оболочку мысли, окружающую Землю.

Само учение о ноосфере было создано в трудах В.И. Вернадского. Вернадский начал развивать данную концепцию с начала 30-х гг. после детальной разработки учения о биосфере. Он употреблял понятие ноосфера в разных смыслах: 1) как состояние планеты, когда человек становится крупнейшей преобразующей геологической силой; 2) как область активного проявления научной мысли; 3) как главный фактор перестройки и изменения биосферы.

В его учении это не просто сфера приложения знаний человека при высоком уровне техники. Речь идет о таком этапе в жизни человечества, когда преобразующая деятельность человека будет основываться на строго научном и действительно разумном понимании всех происходящих процессов и обязательного сочетания своей деятельности с «интересами природы».

В настоящее время под ноосферой понимается сфера взаимодействия человека и природы, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным определяющим фактором развития. В структуре ноосферы можно выделить в качестве составляющих человечество, общественные системы, совокупность научных знаний, сумму техники и технологий в единстве с биосферой. Гармоничная взаимосвязь всех составляющих структуры есть основа устойчивого существования и развития ноосферы.

Человечество только вступает в данное состояние. И так будет до тех пор, пока человечество не решит глобальных проблем планеты, прежде всего экологическую.

Таким образом, ноосфера – это тот идеал, к которому следует стремиться человечеству.

Существующие глобальные экологические проблемы были обусловлены двумя группами причин: 1) объективные – предельные способности природы к самоочищению и саморегуляции, физическая ограниченность земельной территории в рамках одной планеты, безотходность производства в природе и отходность человеческого производства, познание и использование человеком законов развития природы происходило в процессе использования самой природы; 2) субъективные – недостатки организационно-правовой и экономической деятельности государства по охране окружающей среды, дефекты экологического воспитания и образования, которые породили экологическое невежество (нежелание изучать законы взаимодействия человека и природы) и экологический нигилизм (нежелание руководствоваться этими законами в своей деятельности).

Наличие глобальных экологических проблем заставило человечество задуматься о путях их решения и выхода из экологического кризиса. Такой путь был предложен в концепции устойчивого развития, которая была предложена специальной, независимой международной комиссией, учрежденной Генеральной Ассамблеей ООН в 1983 г. Сущность этой концепции – это сбалансированное эколого-экономическое развитие без ущерба для будущих поколений.

Эта же комиссия определила основные условия перехода к сбалансированному развитию:

1. оживление экономического роста, достижение справедливых отношений и удовлетворение основных нужд людей;

2. сдерживание роста населения;

3. исключение расточительного использования природных ресурсов;

4. экономическое развитие по возможности за счет возобновляемых природных ресурсов;

5. пересмотр экономических решений, связанных с ухудшением экологической обстановки;

6. изменение политики в отношении с/х;

7. принятие закона о безопасности пищевых продуктов;

8. изменение характера производства (снижение материалоемкости изделий, уменьшение количества отходов на производстве, использование безотходных технологий, переход на вторичное сырье и пр.);

9. экономическое стимулирование;

10. предоставление больших полномочий и средств органам управления по охране окружающей среды;

11. принятие только экологически сбалансированного бюджета;

12. снижение гонки вооружений.

II-ая Международная конференция ООН по проблемам охраны окружающей среды, которая проходила в Рио-де-Жанейро в 1992 г., разработала на основе этой концепции стратегию устойчивого развития для всего человечества. Эта стратегия раскрывается в пяти основополагающих документах, принятых на этой конференции: 1) «Повестка дня на 21 век» – программа того, как сделать развитие устойчивым с экономической, социальной и экологической точки зрения; 2) «Декларация по окружающей среде и развитию» - ее 27 принципов определяют права и обязанности стран в деле обеспечения развития и благосостояния людей; 3) Заявление о принципах, касающихся управления, защиты и устойчивого развития всех видов лесов; 4) Рамочная конвенция об изменении климата с целью стабилизации концентрации газов, вызывающих парниковый эффект; 5) Конвенция о сохранении биологического разнообразия на Земле.

Реализация стратегии устойчивого развития возможна на базе соблюдения шести принципов: 1) принципа сохранения; 2) принципа согласования; 3) принципа приоритета; 4) принципа безопасности; 5) принципа сочетания; 6) принципа разумного компромисса (самостоятельно раскройте сущность и свое понимание каждого их этих принципов).