Понятие о биосфере

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

ноосфера биосфера вернадский

Введение

1. Научные идеи и концепции Владимира Ивановича Вернадского

2. Основы учения о биосфере как единой системе

3. Геологическая функция живого вещества в биосфере

4. Биосферу как область преобразования солнечной энергии

5. Учение о ноосфере - сфере разума

Заключение

Список использованных источников

Введение

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*1021 т, объем - 1, 083*1012 км3, площадь поверхности - 510, 2 млн. км2. 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.

Любое учение приближает человека к высотам разума и духа, но каждый вид интеллектуальной и творческой деятельности имеет свои пределы; каждое из них необходимо, но необходима и форма универсального самоосмысления, которая ни в коем случае не означала бы упразднение или ограничение частных форм. Такой формой познания и методологии является учение о «Ноосфере», которое может и должно стать универсальной научной платформой третьего тысячелетия. Учение о Ноосфере - глобально; оно не укладывается ни в национальные, ни в конфессиональные рамки, равно как и в рамки известных до сих пор формаций.

Интерес к концепции Вернадского, значительно возросший в последние 15-20 лет, на наш взгляд, обусловлен тем, что в конце 20 века, современная цивилизация столкнулась с серьезными экологическими, демографическими, сырьевыми, духовными, нравственными проблемами. Они показали реальную угрозу биосфере планеты и человеческому обществу. Впервые в истории человечества эти проблемы стали не следствием стихии, а логическим результатом неумения или нежелания человечества решать острые противоречия между современным обществом и окружающей природой, которая по определению является средой его обитания.

Из этого следует, что основной целью курсовой работы является изучение учения В. И. Вернадского о биосфере.

Это предусматривало решение следующих задач:

- описать идеи и концепции Владимира Ивановича Вернадского;

- дать характеристику основам учения биосфере как единой системы;

- установить геологическую функцию живого вещества в биосфере;

- охарактеризовать биосферу как область преобразования солнечной энергии;

- описать ноосфере как сферу разума человека.

1. Научные идеи и концепции В. И. Вернадского

В. И. Вернадский сумел первым увидеть и осознать новые, неизвестные до этого учёным явления в историческом развитии природы. Его называют Ломоносовым XX века. В своих исследованиях он впервые среди учёных того времени увидел в человеке творца нового, творца ноосферы. Он был основоположником геохимии, космохимии, биогеохимии, генетической минералогии; внес огромный вклад в кристаллографию, почвоведение, гидрохимию, метеоритику [8].

Вклад В. И. Вернадского науке неоценим:

Как основатель генетической минералогии. В. И. Вернадский начинал работы на фундаменте описательной минералогии. Линней в книге «Системы природы» сделал полные описания минералов, но они у него - застывшие во времени камни, лишенные движения. В пятитомном сочинении Бюффона «Естественная история минералов» уже сделана первая попытка перехода к истории минералов. Изучая историю естествознания, Вернадский замечает, что Бюффона использовали в своих построениях Руссо, Дарвин, другие естествоиспытатели.

К началу XX века минералогия оставалась еще описательной наукой, происхождение многих минералов было неизвестно. Вернадский уже в своих минералогических работах показывает, что минералы являются продуктом природных химических процессов. Им создается генетическая минералогия и химические основы систематики и классификации материалов. По Вернадскому, минералы - особая форма комплексных соединений химических элементов, они представляют собой следы происходивших когда-то на Земле физико-химических процессов. На основе не кабинетных рассуждений, а большого экспериментального и экспедиционного опыта Вернадский утверждает, что география минералов имеет также право на существование, как и география животных, и география растений [15].

Как кристаллограф, Вернадский занимается исследованием пространственной структуры минералов, отвлекаясь от их динамики. Как почвовед, минералог, геолог он изучает изменение тех же объектов во времени, при этом пространственный аспект часто отодвигается на второй план. Занятия кристаллографией привели Вернадского к проблемам строения материи, зависимости ее свойств и состояния от этого строения. Именно на этом глубинном уровне, по его мнению, следует искать объяснение непонятным явлениям природы [17].

Жизнь минералов В. И. Вернадский связывает с жизнедеятельностью живых клеток. Протягиваются связующие нити от геохимии и минералогии к биогеохимии, которую он только что начинает формировать как науку.

С ростом интереса к явлениям радиоактивности и появлением необходимости изучения месторождений радиоактивных минералов под руководством Вернадского начинается подбор всех известных в те годы радиоактивных минералов. Для этого используются всевозможные пути: экспедиции учеников, поездки за рубеж, обмен с заграничными музеями, подарки зарубежных ученых из минералогических коллекций.

Как своеобразный минерал рассматривает В. И. Вернадский воду. Им формируется самостоятельное научное направление - минералогия природных вод. Ее основное содержание:

- о вездесущности воды в верхней части планеты;

- о единстве природных вод;

- о разных формах связи природных вод с окружающей средой (между молекулами воды, между водой и газами, между водой и жидкостями, между водой и твердыми телами, между водой и организмами) ;

- о геосферах, слагающих земную кору и ее облекающих, проникнутых каждая своими водами и отвечающими им «неоднородными равновесиями»;

- диссимметрии земной коры, резко разделяющей воды суши и воды Мирового океана; область диссимметрии распространяется в пределах тропосферы, гидросферы, коры выветривания, стратисферы, метаморфической геосферы и гранитной геосферы;

- о закономерной смене подземных атмосфер в геосферах, что отражается на газовой составляющей природных вод;

- о большой зависимости природных вод биосферы от их географического места на поверхности планеты;

- о динамической, физической, химической зональности природных вод, в том числе и подземных;

- об энергетике природных водных растворов в земной коре;

- об основах минералогической классификации природных вод. Работы Вернадского в этой области определили дальнейшие направления в изучении вод Земли в гидрологии и других науках, изучающих природные воды и их связи со средой [1].

Генетический подход к изучению почв и минералов, вообще к исследованию природы привел В. И. Вернадского к геохимии, которая в начале XX века не имела единой концепции. В. И. Вернадский не только выявил закономерности концентрации и рассеяния химических элементов в формировании Земли и ее оболочек (т. е. создал концепцию геохимии), но и наполнил отдельные разделы этой науки конкретным научным содержанием, много сделал для развития прикладных направлений геохимии.

Представления о формах движения материи впервые были разработаны Фридрихом Энгельсом. Основываясь на них, В. И. Вернадский представляет миграцию атомов химических элементов как одну из форм движения материи, развивая тем самым естественнонаучные работы Ф. Энгельса. (От знания этих форм наука наших дней перешла к типам миграции химических элементов).

Обобщая данные о деятельности организмов и геохимические изыскания, В. И. Вернадский с геохимических позиций выявляет функциональную роль живого вещества как геологическую силу планетарного масштаба, закладывая этим основы биогеохимии.

До В. И. Вернадского большинство геологов и геохимиков исследовали химию земной коры, не обращая внимания на химические процессы, связанные с воздействием на ее структуру живой материи. Поэтому многие стороны крупного природного процесса оставались вне научного изучения. Как геохимик-эволюционист, Вернадский явления косной природы и органической жизни рассматривал как проявление единого процесса. Экспериментально и теоретически он показал, что биогенная миграция земных атомов вызывается тремя различными, но связанными между собой процессами жизни - метаболизмом, ростом и размножением организмов.

Рассматривая биогеохимические функции живого вещества, В. И. Вернадский отмечает, что функции, связанные с питанием, размножением и дыханием организмов, давно существовали в биосфере. А вот функции, связанные с перемещением атомов в соответствии с потребностями организмов, начали реализовываться с появлением животных со сложным способом поведения. Это новая форма биогенной миграции, отличающаяся от простого прохождения химических элементов через тело организма, стала особенно значительной в результате антропогенной деятельности.

В состав живого вещества, геохимически меняющего процессы в земной коре, В. И. Вернадский включил и человечество, рассматривая тем самым систему природы и систему общества в единстве. Замечательна по научной смелости его гипотеза об автотрофности человечества: «Для меня ясно, что переход человека в автотрофный организм через развитие научной работы есть естественный процесс, всецело попадающий в рамки других геохимических процессов. Точно так же как и весь рост культуры». Связанное с развитием научной мысли возрастающее геохимическое и геофизическое влияние человека на структуру, и организованность биосферы интересовало В. И. Вернадского всю его жизнь и в той или иной форме отражено во всем его творчестве.

В. И. Вернадский сформулировал три биогеохимических принципа:

В первом он охарактеризовал общую направленность биогенной миграции элементов в биосфере, которая всегда стремится к максимуму.

Во втором принципе выражена главная тенденция в биогеохимической эволюции видов: в ходе геологического времени эволюция жизни идет в направлении создания форм, усиливающих биогенную миграцию атомов.

В третьем принципе сформулировано положение о том, что в каждый период геологического времени заселенность планеты должна быть максимальной для организмов, существовавших в этот период.

В. И. Вернадский говорил, что «биогеохимия, так же как «геохимия», может изучаться в трех аспектах:

Во-первых, с биологической стороны - ее значение для познания явлений жизни.

Во-вторых, с геологической стороны - ее значение для познания среды жизни, т. е. прежде всего биосферы.

В-третьих, в связи с ее прикладным значением, которое может быть научно сведено к биогеохимической роли человечества. Биогеохимические идеи В. И Вернадского являются основой для складывающихся в настоящее время биосферных наук. К последним можно отнести экологическую геохимию, эволюционную экологию, эволюционную биогеографию, геохимию ландшафтов, морскую биологию, биогеоценологию.

На пороге XX в. было открыто явление радиоактивности. У В. И. Вернадского сразу же проявился интерес к радиоактивности, который не покидал его всю жизнь. Это проявлялось в его личных изысканиях и работах его учеников, в организационной деятельности, в контактах с зарубежными, работающими в этой области учеными.

В 1907 г. по инициативе В. И. Вернадского, А. П. Карпинского, Ф. Н. Чернышева Академия наук начинает планомерные работы по изучению радиоактивных минералов России. С этого времени все вопросы научного, организационного и финансового обеспечения исследований в области «проблемы радия» надолго становятся одним из важнейших пунктов личной программы великого естествоиспытателя.

Открытие радиоактивности с самого начала понималось Вернадским как крупнейшее научное достижение, которое должно оказать громадное влияние на развитие наук о Земле. Тепловой режим Земли, энергетика геологических процессов, геологическое время и другие естественнонаучные проблемы в свете учения о радиоактивности получили новое объяснение, потребовали решения новых задач.

Мысли В. И. Вернадского о радиоактивности направлены и на решение насущных практических задач человечества. Еще в 1914 г. в Петрограде на Первом Всероссийском съезде по борьбе с раковыми заболеваниями ученый одобрил работы одесских медиков по применению радиоактивных минералов для лечения болезни; съезд высказался за создание «Лиги борьбы против раковых заболеваний».

В 1922 г. В. И. Вернадский тревожно спрашивает: готово ли человечество к неизбежному и близкому овладению энергией атомного распада, употребит ли оно эту энергию для расширения своего благосостояния или самоуничтожения? До Хиросимы и Нагасаки оставалось 23 года...

В. И. Вернадский оценил радиоактивность с точки зрения геолога. Он настаивал на том, чтобы в радиоактивном распаде видеть важный источник энергии глубинных геологических процессов. Наряду с лучистой энергией Солнца радиоактивный распад служит источником тепловой энергии Земли. Со свойственной ему научной широтой Вернадский успехи радиационной физики переносит в геологию, дополняя уже начатые им геохимические исследования. Он дает научное определение целей и задач радиогеологии: «Радиогеология изучает ход радиоактивных процессов в нашей планете, их отражение и их проявление в геологических явлениях». В качестве ближайших задач новой ветви геологической науки он называет для радиогеологии:

- выяснение древнейших участков суши;

- установление гелиевого дыхания Земли как меры радиоактивного распада во всей нашей планете.

Зарождение и развитие радиогеологии произошло благодаря объединению усилий геологов, химиков и физиков, обративших внимание на изучение радиоактивности горных пород и минералов: В. И. Вернадский, А, П. Соколов, А. Е. Ферсман, К. А. Ненадкевич, А. П. Герасимов, В. Г. Хлопин и др. Радиогеология использует данные и методы радиохимии и ядерной физики, затрагивает вопросы космогонии и астрофизики.

Радиоактивные элементы присутствуют во всех минералах. Их распад сопровождается выделением тепловой энергии, вызывая определенные геологические процессы. Для геологии важным является вопрос о содержании радиоактивных элементов (радия, урана, тория) в земной коре. Открытие радиоактивности позволило по-новому подойти к оценке возраста Земли. Стало возможным выявление древнейших минералов. Радиогеология позволила в общих чертах представить далекое прошлое нашей планеты и установить длительность того геологического и космического времени, которое не отражено в каменном материале. Определение абсолютного геологического возраста минералов и горных пород - одна из наиболее детально разработанных проблем радиогеологии.

В течение времени медленно выделяется из материала науки ее остов, который считается обязательным и не должен возбуждать сомнений. Такой остов для науки о биосфере к 30-м годам нашего столетия создал В. И. Вернадский. Он говорил об этом так: «Я ясно стал осознавать, что мне суждено сказать человечеству новое в том учении о живом веществе, которое я создаю, и что это есть мое призвание, моя обязанность, наложенная на меня, которую я должен проводить в жизнь, - как пророк, чувствующий внутри себя голос, призывающий его к деятельности. Я чувствовал в себе демона Сократа. Сейчас я сознаю, что это же учение может оказать такое же влияние, как книга Дарвина, и в таком случае, я, нисколько не меняясь в своей сущности, попадаю в первые ряды мировых ученых».

2. Основы учения о биосфере как единой системы

Основные идеи Вернадского о биосфере сложились к началу 20-х годов и были опубликованы в 1926 г. в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков: «Биосфера в космосе» и «Область жизни». По Вернадскому, биосфера - организованная, динамическая и устойчиво уравновешенная, самоподдерживающаяся и саморазвивающаяся система. Основной чертой ее организованности является биогенная миграция химических элементов, производимая силами жизни, источником энергии которой является лучистая энергия Солнца. Вернадский так определил пространство, охватываемое биосферой Земли: вся гидросфера до максимальных глубин океана, верхняя часть литосферы материков до глубины 2-3 км, нижняя часть атмосферы (по крайней мере, до верхней границы тропосферы) [1].

Вместе с другими геосферами биосфера образует единую планетарную экологическую систему высшего порядка, в которой действует единый планетарный механизм. В первой стадии происходит поглощение растениями солнечной энергии, углекислоты, воды и минеральных веществ. Вторая стадия - многократная трансформация и утилизация органических веществ, образовавшихся в виде биомассы, животными и микробами. Третья стадия - распад органических веществ до исходных минеральных продуктов с помощью микроорганизмов-минерализаторов. Динамическое равновесие всех этих процессов в масштабах планеты определяет существование жизни, направление биохимических процессов в твердых породах, воде и атмосфере планеты. На Земле есть и места, где это равновесие особо ранимо (например, в тропиках).

В начале XX в. изучение Вернадским роли живых организмов в химических процессах на поверхности Земли соотносилось с исследованием геохимии отдельных химических элементов, входящих в состав горных пород. Связующим звеном явились вопросы геохимии углерода. Поэтому ученый заинтересовался ролью отдельных видов - млекопитающих, птиц, рыб, растений; особенно его внимание привлек человек.

Изначальная, со студенческих пор полученная установка исследователя на изучение роли организмов в окружающей среде каждый раз получала все новый и новый материал в пользу значительного участия жизни в эволюции вещества планеты. Деятельность грызунов в степи, наблюдения за дождевыми червями, минерализующими органику почвы, геохимическая деятельность водорослей в водоемах - эти и другие наблюдения составляли творческую лабораторию ученого, в которой формировался биологический подход к осмыслению геохимических циклов земного вещества.

В 1907-1910 гг. - первые публикации Вернадского по живому веществу. Постоянные размышления над биологическими вопросами в их связи с идеями генетической минералогии и геохимии привели Вернадского к развернутой постановке проблем биогеохимии и учения о живом веществе в виде системы взаимосвязанных вопросов, догадок, предположений. Формировалась программа будущих научных исследований ученого, определившая эволюцию его научных интересов [8].

Что общего между почвой, осадочными породами, мировым океаном, подземными водами? Что позволяет объединить их в единое целое? Вернадский отвечает: общей является геохимическая работа живого вещества.

Живое представляется для Вернадского в виде зелени, охватившей всю планету пленкой жизни. Развитие живого в биосфере привело к огромному разнообразию органических соединений, число которых измеряется миллионами, в то время как число неорганических соединений (минералов) измеряется тысячами. Развитие живого вещества сопровождается его ростом. Но в природе протекает и обратный процесс - разрушение сложных органических соединений. Животные более энергично, чем растения минерализуют органические вещества. Противоположные процессы образования и разрушения органического вещества образуют единый биологический круговорот атомов на Земле.

Живые организмы, неживое вещество во всех его проявлениях заселяют особую планетарную оболочку - биосферу. Учение о живом веществе у Вернадского перерастает в учение о биосфере - цельное научное обобщение громадного количества фактов о происхождении, структуре и динамике окружающей среды [10, 13].

До Вернадского организмам тоже отводилась определенная роль в жизни Земли. Среди осадочных пород выделяли особо органогенные породы: угли, ракушечники, диатомиты, торф и др. Однако подавляющее большинство других пород не связывали с деятельностью организмов. В особенности, как считали, не было никаких оснований связывать с жизнью граниты. Поэтому высказывание Вернадского о том, что граниты - это былые биосферы, многим показалось абсурдным. Причина этого - в рассмотрении биологами отдельного живого существа, роль которого представлялась весьма малой по сравнению с грандиозной деятельностью неживой природы: работой рек, ледников, ветра.

Вернадский ввел в науку понятие «живое вещество», - стало возможным оценить деятельность живого на планете в целом. «Живое вещество охватывает и перестраивает все химические процессы биосферы, действенная его энергия по сравнению с энергией косного вещества в историческом времени огромна. Захватывая энергию Солнца, живое вещество создает химические соединения, при распадении которых эта энергия освобождается в форме, могущей производить химическую работу».

Для полного описания особенностей живого вещества Вернадский вводит в научный оборот понятия «сгущение жизни», «давление жизни», «всюдность жизни». Он говорит: «Живое вещество - совокупность организмов - подобно массе газа, растекается по земной поверхности и оказывает определенное давление в окружающей среде, обходит препятствия, мешающие его передвижению, или ими овладевает, их покрывает».

С 1915 г. идея живой материи приобретает у Вернадского практическое значение, экономический и социальный аспекты.

На Украине Вернадским организованы первые экспериментальные работы по живому веществу. Обнаружено, что химический состав живых организмов зависит от химизма среды обитания. Живое вещество имеет избирательную способность по отношению к химическим элементам. Вернадский предложил различать экологические типы растений. Экспериментальные работы проводятся в лаборатории по живому веществу (организованной с помощью А. Душечкина - впоследствии академика АН УССР - на базе бывшей лаборатории сахарозаводчиков), в лаборатории технической химии Киевского университета, в лаборатории Таврического университета, на Салгирской плодоводческой станции, в ботаническом кабинете Киевского университета (под руководством доцента Н. Г. Холодного здесь велись работы по выделению чистых культур диатомовых водорослей).

Киевское общество любителей природы оборудовало для научной работы Старосельскую биологическую станцию, арендовавшую участок в районе урочища «Черторой». Из-за угрозы смыва станции при разливе Днепра ее позднее перенесли в район села Староселье (10 км от Киева) в урочище «Гористое». В конце 1921 г. станция была передана Украинской Академии наук. Именно здесь Вернадский при изучении водорослей фиксирует явления, позже названные им «сгущением живого вещества», «давлением жизни», «всюдностью жизни». На Старосельской биологической станции началась многолетняя дружба и научное сотрудничество Вернадского с Холодным. Эвтрофикация и бурное развитие водорослей убеждает его в интенсивности размножения низших организмов. 27 ноября 1919 г. в дневнике появляется запись: «Работал над живым веществом. Иногда мне кажется, что вся эта работа очень мало дает в результатах и что я не справлюсь с тем ее размахом, какой даю я в ней. Нахожу новые и новые пропуски и убеждаюсь в ошибочной оценке, сделанного до меня. Встречаешь свои мысли и постоянно их находишь - иногда совершенно неожиданно. Сколько моих мыслей, действительно «моих». Сколько их возникло из фактов или из чтения? Сколько из них воспоминаний прочитанного или услышанного, отзвучавших иначе, чем у других, в моей душе? И сейчас для идеи о количественном постоянстве жизни я все нахожу новых и новых предшественников. Можно дать связную картину людей, подходивших к этой идее в прошлом, и это мнение было для меня мерилом того, что я далеко не охватил сделанного до меня. Нет истории этой идеи? Никто не проводил ее последовательно? Оказала она то влияние на человеческую мысль, какое мне в ней видится?»

Живые организмы не ограничены от неорганической неживой «косной» материи, они образуют вместе с ней особые системы, которые Вернадский назвал биокосными. Это подсистемы биосферы, в которых живое вещество и неорганическая материя проникают друг в друга; сама биосфера - наиболее крупная биокосная система. Первую биокосную систему - почву - открыл еще в XIX в. его учитель В. В. Докучаев, - благодаря такому подходу русское почвоведение завоевало ведущее место в мировой науке. В почве живые организмы, твердые, жидкие и газообразные вещества тесно между собой связаны и взаимообусловлены.

Летом 1884 г. Вернадский изучает почвы Украины. В 1890 г. он обследует почвы Кременчугского уезда Полтавской области. В частых геологических и минералогических экскурсиях он продолжает анализировать почвенные условия в различных районах страны, за рубежом. Участвует в составлении первой в России 10-верстной почвенной карты Полтавской губернии. Впервые ставит перед почвоведами и геохимиками задачу изучения образования почв как мощного геохимического механизма нашей планеты. Почва приобретает у Вернадского новый, биосферный смысл; в особенности уникальна его работа о влиянии деятельности роющих животных на физические и химические свойства чернозема [20].

Живое вещество превращает происходящие в почве химические процессы в биогеохимические, нарушает соотношение между почвой и подпочвой, влияет на зернистость и рыхлость почвы. Вернадский указывает на зависимость вертикальной миграции почвенного населения от суточного вращения Земли и времен года, называет основные направления исследований влияния живых организмов на почву: роль живого вещества в формировании физических и химических свойств почвы, роль живого вещества в формировании почвенных дисперсий, роль живого вещества в процессе концентрации и рассеивании химических элементов в почве и др.

Определение в почве редких химических элементов поможет исследованию биологических процессов, так как почва является единственным источником редких элементов для сухопутных организмов. Анализировать почву необходимо со всем ее содержанием, со всеми ее организмами, их остатками и другими органическими материалами. «Вероятно, большая часть химических элементов находится в ней в виде живых организмов. Живое вещество не только управляет химическими процессами почвы, но и само входит в ее состав».

В своей работе «Об участии живого вещества в создании почв» Вернадский впервые обосновал фундаментальную идею об органогенном парагенезисе, которая имеет большое прикладное значение. Еще в 1909 г. он ввел в науку понятие о парагенезисе химических элементов в земной коре. Явлением органогенного парагенезиса Вернадский объяснил накопительную и распылительную в отношении химических элементов функцию живого вещества.

Вернадский изучает радиоактивные элементы во всех объектах окружающей среды. По его мнению, это поможет понять многие проблемы, связанные с геологией и геохимией планеты, более целенаправленно вести поисковые работы на радиоактивные элементы [20].

С развитием работ все большее внимание у него привлекает вопрос о космической роли живой материи. Лишайники на горных породах: Вернадский впервые изучает их в связи с их способностью изменять лучеиспускание и нагревание горных пород. Затем он обнаружил связь между стадиями разрушения пород и семействами или родами поселявшихся на них растений. Не являются ли лишайники и мхи своеобразными космическими агентами, влияющими на тепловой режим нашей планеты?»Ибо биосфера является той единственной земной оболочкой, в которую непрерывно проникают космическая энергия, космическое излучение и прежде всего лучеиспускания Солнца, поддерживающие динамическое равновесие, организованность: «биосфера <=> живое вещество».

В истории биосферы выделяются четыре крупных этапа: появление первичных автотрофов (новый способ питания, важнейший компонент биосферы) ; возникновение животных с кальциевым скелетом (усиление одной из биогеохимических функций) ; формирование лесных биогеоценозов (возникновение биогеоценозов, наиболее эффективно осуществляющих аккумуляцию солнечной энергии) ; создание ноосферы (резкое изменение всех биогеохимических и энергетических процессов в биосфере).

Продолжением его мыслей об истории биосферы стал доклад «Об условиях появления жизни на Земле», прочитанный Вернадским 12 декабря 1930 г. в Ленинградском обществе естествоиспытателей. В этом докладе Вернадский дал четкое разграничение биогеохимических функций биосферы. Весь набор геохимических функций биосферы осуществляется всеми организмами в целом. В конце доклада ученый утверждает: «Лишь со времени выступления в биосфере цивилизованного человечества один организм оказался способным одновременно вызывать разнообразные химические процессы, но он достигает это разумом и техникой, а не физиологической работой своего организма». Наблюдая пласты древних осадочных пород, залежи известняка, железных и марганцевых руд, каменного угля, основоположник геохимии хорошо понимал роль живого вещества в их образовании. И вот что привлекло его внимание. Исследуя глубокие, самые древние пласты Земли, в которых были обнаружены следы живого вещества, он всегда встречал мощные проявления природопреобразующей деятельности живых организмов. Данные палеогеологических изысканий, считал Вернадский, - свидетельство множественности проявления жизни во всех горизонтах времени. Высока интенсивность работы разнообразных форм живого вещества, как далеко в прошлое мы бы ни возвращались. Это не может быть характеристикой только процесса эволюции, начатого одним только организмом или небольшой группой однородных организмов. Так около 60 лет назад Вернадский закладывает научные основы полифилии - гипотезы об изначальном многообразии жизни.

Полифилисты считают, что жизнь возникла не в одном каком-то месте и не в одной - единственной первоначальной форме, а сразу во многих местах, и в разнообразных формах, нуждающихся друг в друге. Многие другие ученые считали и считают иначе - жизнь возникла в одном месте Земли, а главное - в одной-единственной форме, из которой впоследствии путем долгой эволюции развилось и сложилось все современное многообразие ее проявлений. Но если это так, возражает Вернадский, появление жизни, живого вещества не было бы закономерным. Оно зависело бы от одного-единственного случая, от случайного и маловероятного стечения обстоятельств. Впервые в естествознании обоснована идея о том, что первичная биосфера с самого начала была сложной системой, поэтому в древности были как индивидуальные, так и надындивидуальные формы организации живого: виды и биоценозы. В рамках первичного биоценоза стало возможным выживание и размножение первичных форм жизни. Жизнь - это свойство, присущее экосистеме в целом, а не только отдельным организмам.

Земная кора представляет собой преобразованные остатки былых биосфер. Окаменевшими продуктами жизнедеятельности являются громадные залежи горючих ископаемых, осадочные породы и, возможно, гранитная оболочка Земли.

Вернадский выдвинул идею об эволюции биосферы как результате постоянного взаимодействия органического мира и окружающей его среды в процессах круговорота вещества и трансформации энергии: «Эволюционный процесс живых веществ непрерывно в течение всего геологического времени охватывает всю биосферу и различным образом, менее резко, но сказывается на ее косных природных телах. Уже по одному этому мы можем и должны говорить об эволюционном процессе самой биосферы в целом». Им выделены в эволюции биосферы, следующие основные тенденции: расширение области миграции элементов в результате захвата жизнью все новых зон обитания; усиление преобразующего влияния жизни на окружающую среду; общее ускорение темпов миграции элементов; появление качественно новых форм миграции элементов, непосредственно не связанных с обменом внутри организмов; резкое усиление отдельных биогеохимических функций; концентрация громадного количества солнечной энергии в приповерхностной оболочке Земли; общее усложнение структуры биогеохимического круговорота, связанное с появлением новых потоков миграции элементов.

За время геологической истории росло число видов организмов, они становились сложнее и совершеннее (от одноклеточных к млекопитающим). Эволюционировали биокосные системы: разнообразнее и сложнее становились почвы, илы, ландшафты. Увеличение сложности и разнообразия прежде всего, проявляло себя в геологии: усложнялся минеральный состав руд, увеличивались кларки концентрации. Эти процессы происходили при непрерывном поступлении солнечной энергии, радиоактивной энергии, возможно и других (неизвестных нам сегодня) видов энергии. С помощью биологического круговорота атомов солнечная энергия превращалась в химическую.

Вернадский считал, что основная задача в изучении эволюции биосферы заключается в установлении связи эволюции видов с эволюцией биосферы. Эти процессы характеризуются едиными признаками, к которым он относил биомассу, химический состав и геохимическую энергию. Видообразование рассматривается им не только как изменение морфологических и физиологических признаков организмов, но и как изменение их веса, химического состава и геохимической энергии. Для измерения влияния организмов на среду Вернадским введено понятие «геохимическая энергия» и предложены формулы для ее вычисления. В результате эволюции биосферы в поверхностных оболочках Земли накапливается энергия. Ее увеличение происходит в результате: фотосинтеза и выделения кислорода, обладающего высокой химической активностью; захвата растениями новых областей жизни, превращения их в области аккумуляции солнечной энергии в процессах фотосинтеза; аккумуляции солнечной энергии в горючих ископаемых и биогенных минералах.

Огромная, многогранная деятельность Вернадского, его беззаветный труд на ниве науки, многочисленные рукописи и работы, хранящие его творческое наследие, еще не изучены должным образом. Чем глубже проникают историки науки в замыслы и дела ученого, тем яснее становятся масштабы этой незаурядной личности, тем более значительными оказываются высказанные им идеи, намеченные им перспективы. Среди таких, недостаточно глубоко понятых современниками и актуальнейших ныне мыслей ученого - суждение В. И. Вернадского о закономерном переходе биосферы Земли в ноосферу. Небольшая работа, содержащая фундаментальные идеи о ноосфере, была написана в 1944 году, незадолго до смерти академика. По сути дела, перед нами - завещание ученого. Вернадского глубоко волновали выводы, которые он сделал из событий, свидетелем и участником которых ему довелось быть в течение жизни. Ненавидя войну, как только может ненавидеть ее ученый и гуманист, всю жизнь свою положивший на достижение блага для всех людей, он остро осознавал пагубность милитаризма. Значительно раньше многих своих коллег по научной деятельности понял он и возможные последствия бурно развивающейся технической практики, всемирный, глобальный характер ее влияния на естественные процессы, происходящие в биосфере.

Тогда, более сорока лет тому назад, эта его тревога многим казалась надуманной, недостаточно обоснованной. Возникшая в конце XIX - начале XX века эйфория человечества, самоупоение его собственными научно-техническими достижениями еще не развеялась. Лозунг борьбы с природой, покорения природы, призывы завоевать власть над землей воспринимались еще без всяких оговорок, тем более - без критики и осмысления возможных последствий такой «победы».

Но Вернадский не только предупреждал мир, людей о грозной опасности, которую таит в себе бесконтрольное и бездумное вмешательство в естественный кругооборот вещества, во взаимодействие физической, биологической и химической форм движения материи на планете, - он подсказывал и пути, которыми надлежит продвигаться вперед, чтобы избежать гибельного для живого вещества подавления природы. Необходимо осуществить планомерный, продуманный, руководимый Разумом переход от биосферы к ноосфере. НОО - разум. Значит, ноосфера - это целесообразно выстроенная, развивающаяся под руководством Разума, под влиянием плановой человеческой деятельности оболочка планеты Земля, объединяющая в целостную систему все рассматриваемые до сих пор раздельно оболочки - литосферу, гидросферу, атмосферу и биосферу. Заложенные Вернадским основы учения о ноосфере - великое достижение человеческой мысли, стремящейся преодолеть современные всемирные (глобальные) кризисы человеческого общества, среди которых на одном из первых мест - экологический кризис.

Термин «ноосфера» предложил в 1927 г. Е. Леруа. Под ноосферой он понимал закономерный этап в развитии органического мира, когда доминирующая роль в биосфере принадлежит духовному творчеству человека и продуктам его труда. Ноосфера Вернадского - также закономерный этап в развитии биосферы, но в его пределах разум человека становится общепланетарной силой, преобразующей лик Земли: «В XX веке впервые в истории Земли человек узнал и охватил всю биосферу, закончил географическую карту Земли, расселился по всей ее поверхности. Человечество своею жизнью стало единым целым». Вернадский применяет понятие «ноосфера» с середины 30-х годов, причем в строго материалистическом смысле. Ноосфера Вернадского - это не отвлеченное царство разума, как ее объясняли П. Тейяр и Е. Леруа. В ноосфере человек преобразует Землю не только в соответствии со своими потребностями, но и с учетом законов биосферы; ноосфера - естественное тело, компонентами которого будут литосфера, гидросфера, атмосфера и органический мир, преобразованные разумной деятельностью человека (в последующем в ноосферу должно будет включено и космическое пространство). Главные движущие силы этих процессов - народные массы, опирающиеся на достижения науки. Союз науки и народных масс - решающий фактор создания ноосферы. В XX в. слились в единый поток величайшие научные и социальные преобразования. Большая роль отводится науке: «Перед учеными стоят для ближайшего будущего небывалые для них задачи сознательного направления организованности ноосферы, отойти от которой они и не смогут, так как к этому направляет их стихийный ход роста научного знания». В одной из работ академика А. Л. Яншина перечисляются шесть основных условий (предпосылок) образования ноосферы: 1) превращение человечества в единое целое; 2) преобразование средств связи и обмена; 3) открытие новых источников энергии; 4) подъем благосостояния трудящихся; 5) установление равенства всех людей; 6) исключение войн из жизни общества [2].

Статья Вернадского «Несколько слов о ноосфере» заканчивается словами: «Сейчас мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение биосферы. Мы входим в ноосферу. Мы вступаем в нее - в новый стихийный геологический процесс - в грозное время, в эпоху разрушительной мировой войны.

Но важен для нас факт, что идеалы нашей демократии идут в унисон со стихийным геологическим процессом, с законами природы, отвечая ноосфере.

Можно смотреть, поэтому на наше будущее уверенно. Оно в наших руках. Мы его не выпустим».

Сразу после создания Украинской Академии наук Вернадский впервые в мировой научной литературе заявил о влиянии деятельности человека на развитие биосферы и опасность ее разрушения. Эта проблема особенно актуальна сегодня. В наши дни свыше 5 миллиардов людей живут практически на ВСЕЙ Земле. Даже нечеловечески суровые ледяные плато Антарктиды пересечены сегодня гусеницами тракторных поездов. Человек осуществляет реакции, несвойственные биосфере, получает вещества, никогда в ней не существовавшие и часто неустойчивые. Даже небольшой технологической ошибки, аварии достаточно, чтобы вызвать бедствия на обширных территориях. Так чтобы превратить Балтийское море в биологическую пустыню, в него достаточно вылить 200 тысяч тонн нефти, - то есть столько, сколько было потеряно во время аварии танкера в марте 1978 г. у берегов Франции. При современных темпах сжигания кислорода биосфера вскоре будет не в силах восполнить его дефицит: через 100 лет, если не принять сегодня ограничения, в атмосфере будет кислорода не 21%, как сейчас, а всего лишь 8%. Глобальное проявление экологического кризиса требует научно обоснованных концепций и предложений по рациональному природопользованию. Учение о живом веществе, о биосфере и ноосфере приобретают значение теоретической основы охраны и экологической оптимизации окружающей среды.

3. Геологическая функция живого вещества в биосфере

Возраст Земли, определяемый методами изотопной геологии, составляет около 5 млрд. лет. Под влиянием тепла, выделяющегося при гравитационном сжатии и радиоактивном распаде атомов, вещество Земли постепенно дифференцировалось на ядро, мантию и верхние слои. На ранней Земле предполагают активный вулканизм. За счет лав, выплавляющихся из верхней мантии, постепенно сформировалась земная кора, а дегазация лав привела к возникновению первичной атмосферы и жидкой воды на поверхности планеты. В первый миллиард лет существования Земли океан был, по самым грубым оценкам, примерно в 5 раз меньше современного по глубине и объему. Он формировался за счет разрастания и слияния мелких озер на поверхности суши. Ландшафт, подобно современному лунному, представлял вулканические конусы на плоских пространствах. Состав древней атмосферы считают близким к составу газов, выделяющихся из современных вулканов. Они содержат водяной пар (до 70-80%), углекислый газ (6-19%), хлор (до 7%), метан, аммиак, соединения серы и многие другие компоненты. Химический анализ газовых пузырьков в древнейших породах Земли показал полное отсутствие в них свободного кислорода, около 60% СO2, около 35% H2S, SO2, NH3, НСl и HF, некоторое количество азота и инертных газов [12].

В настоящее время имеется уже достаточно много неоспоримых доказательств того, что ранняя атмосфера Земли была бескислородной, аналогично другим планетам Солнечной системы. Ультрафиолетовое излучение Солнца свободно достигало поверхности воды и суши из-за отсутствия озонового экрана. Вулканические газы, растворяясь в воде, переходили в первичный океан, имевший в результате сильно кислую реакцию [22, 24].

Возникшая на Земле жизнь постепенно изменила эти условия и преобразовала химию верхних оболочек планеты.

Историю Земли делят на три большие отрезка: архей - первые примерно два миллиарда лет ее существования, протерозой - следующие 2 млрд. лет и фанерозой, который начался около 570 млн. лет назад. Дофанерозойское время называют криптозоем, т. е. эрой скрытой жизни, поскольку древние породы не содержат скелетных отпечатков макроископаемых. Традиционная палеонтологическая летопись начинается лишь с фанерозоя - «эры явной жизни». В более древних слоях присутствуют в основном микроископаемые.

До недавнего времени считалось, что возникновению жизни на Земле предшествовала очень длительная (миллиарды лет) химическая эволюция, включающая спонтанный синтез и полимеризацию органических молекул, объединение их в сложные системы, предшествующие клеткам, постепенное становление обмена веществ и т. п. Возможность и легкость протекания абиогенного синтеза органических мономеров в условиях, моделирующих атмосферу древней Земли, была убедительно доказана еще в 50-х годах во многих лабораториях мира, начиная с известных опытов С. Миллера и Г. Юри. Однако путь от простых органических молекул до простейших живых клеток, обладающих способностью к размножению и аппаратом наследственности, считали очень долгим. К тому же древние породы казались безжизненными. С развитием тонких методов исследования органических молекул, содержащихся в архейских и протерозойских породах, а также остатков микроскопических клеточных структур, это мнение изменилось. Одним из самых удивительных палеонтологических открытий последних десятилетий является регистрация следов жизни даже в самых древних породах земной коры. Следовательно, эволюция от органических соединений до живых клеток протекала в очень сжатые сроки, в самом начале истории Земли. Очень рано появились и фотосинтезирующие организмы. Породы древностью 3, 8 млрд лет уже свидетельствуют о наличии на Земле цианобактерий (сине-зеленых водорослей), и следовательно, существовании фотосинтеза и биогенном выделении молекулярного кислорода. На границе архея и протерозоя цианобактерии уже были представлены богатым набором форм, сходных с современными. Наряду с ископаемыми остатками клеток сине-зеленых, в архейских слоях обнаружены следы их масштабной геологической деятельности - породы, сложенные строматолитами. Эти характерные полосчатые и столбчатые окаменелости возникают вследствие функционирования цианобактериальных сообществ, где тесно пространственно объединены фотосинтезирующие сине-зеленые и целый ряд других видов бактерий, деструкторов и хемосинтетиков. Каждая колония, таким образом, представляет отдельную экосистему, в которой сопряжены процессы синтеза и распада органического вещества. Современные строматолиты возникают лишь в крайне экстремальных условиях - в пересоленных или горячих водах, там, где нет более высокоорганизованной жизни (рисунок 3. 1).

Рисунок 3. 1 - Современные строматолиты в осолоненной лагуне (залив Шарк, Западная Австралия)

Таким образом, можно предполагать, что уже в середине архея жизнь на Земле была представлена разнообразными типами прокариот, начинающими влиять на ее геологическую историю. В восстановительной среде кислород, выделяемый цианобактериями, сначала расходовался на окисление разнообразных соединений и не накапливался в свободном виде в атмосфере. При этом аммиак NH3 окислялся до молекулярного азота N2, метан и окись углерода - до СO2, сера и сероводород - до SO2 и SO3. Состав атмосферы постепенно изменялся.

Развитие жизни шло на фоне геологического развития планеты. В архее за счет химического и физического выветривания и эрозии суши началось формирование первых осадочных пород в океане, происходила их гранитизация и сформировались ядра будущих континентальных платформ. По некоторым предположениям, в начале протерозоя они составляли единый континент, названный Мегагеей, и были окружены единым океаном.

Тектоническая активность Земли, как показывает возраст изверженных пород, непостоянна во времени. Короткие эпохи повышенной активности чередуются с более длительными периодами покоя. Такой цикл занимает до 150-500 млн. лет. За историю планеты геологи насчитывают 19 тектоно-магматических эпох, четыре из которых приходятся на фанерозой и 15 - на криптозой. В результате шло возрастание неоднородности земной коры. Повышенный вулканизм, горообразовательные процессы или, наоборот, оседание платформ меняли площади мелководий и условия развития жизни. На Земле то ослабевала, то усиливалась климатическая зональность. Следы древних оледенений известны еще с архейской эры.

Считают, что ранняя жизнь имела сначала локальное распространение и могла существовать лишь на небольших глубинах в океане, примерно от 10 до 50 м. Верхние слои, до 10 м, пронизывались губительными ультрафиолетовыми лучами, а ниже 50 м не хватало света для фотосинтеза. Соли древнего океана отличались повышенным содержанием магния по сравнению с кальцием в соответствии с составом пород первичной земной коры. В связи с этим одни из главных осадочных пород архея - магнийсодержащие доломиты. В океане не возникали сульфатные осадки, так как не было анионов окисленной серы. В древних породах много легко окисляющихся, но не окисленных полностью веществ - графита, лазурита, пирита. В архее в результате деятельности анаэробных железобактерий сформировались значительные толщи магнетита, гематита - руд, содержащих недоокисленное двухвалентное железо. Вместе с тем установлено, что кислород, имеющийся в составе этих пород, фотосинтетического происхождения.

Постепенно увеличивающиеся масштабы фотосинтетической активности цианобактерий привели к появлению и накоплению свободного кислорода в окружающей среде. Переход восстановительной атмосферы в окислительную наметился в начале протерозоя, о чем свидетельствуют изменения химического состава земных пород. Железо стало осаждаться в полностью окисленной, трехвалентной форме. Так возникли, например, железистые кварциты-джеспилиты Криворожского бассейна, Курской магнитной аномалии, озеро Верхнее в США и др. Продуктами выветривания на суше становятся красноцветы, содержащие бурое окисное железо. Исчезают пириты, вместо них в океане начинают появляться сульфаты, и морская вода из хлоридной становится хлоридно-карбонатно-сульфатной.

В истории атмосферного кислорода имеют значение несколько его пороговых величин. На Земле, лишенной фотосинтеза, кислород образуется в атмосфере за счет фотодиссоциации молекул воды. Его содержание, по расчетам Г. Юри, не может превышать 0, 001 от современного (точка Юри) и автоматически держится на этом уровне. При таком содержании кислорода может существовать только анаэробная жизнь. Появление молекулярного кислорода за счет фотосинтеза сделало возможным для живых клеток процесс дыхания, который представляет намного более эффективный путь высвобождения энергии, чем анаэробное брожение. С этих позиций важна величина 0, 01 содержания кислорода от современного уровня - так называемая точка Пастера. Существует целый ряд микроорганизмов, способных переключать свой энергетический обмен с дыхания на брожение и обратно при колебаниях кислорода ниже или выше точки Пастера. Есть предположения, что в раннем и среднем протерозое подобное переключение долгое время служило регулятором содержания О2, так как при повышении его концентрации кислород начинал интенсивно расходоваться на дыхание. Вместе с тем жизнь получила возможность распространиться почти до поверхности водоемов, так как ультрафиолетовые лучи за счет слабого озонового экрана могли теперь проникать на глубины не более метра.