Биосфера и человек. 10

План

Введение.

1. Биосфера, ее структура и функции.
2. Биосфера и человек.
3. Теория Вернадского о коэволюции общества и природы

Заключение 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    Понятие "биосфера" вошло в систему  знаний о Земле сравнительно недавно - в начале нашего столетия, когда  в 1926 г. вышла в свет книга академика  В.И.Вернадского "Биосфера". До тех  пор хотя термин "биосфера" и употреблялся в работах австрийского геолога Э.Зюсса, тем не менее, не привился в науке сколько-нибудь прочно в силу недостаточной определенности содержания и, главное, недостаточной обоснованности того, что он необходим наряду с обозначениями давно известных геосфер.

    В книге В.И.Вернадского впервые  на богатом фактическом материале  было не только раскрыто содержание понятия "биосфера", но и показано, насколько  это понятие важно для понимания  сущности фактически всех происходящих на поверхности Земли явлений.

    В последующих трудах В.И.Вернадский всесторонне развил учение о биосфере вплоть до обоснования необходимости  ввести понятие, означающее следующий, более высокий этап развития биосферы. Для этого этапа он предложил  название "ноосфера", т.е. "сфера  разума" - в буквальном переводе с греческого. Указанный термин употреблялся раньше в работах теологически настроенных французских ученых Э.Леруа и П.Тейяра де Шардена, которые имели в виду действительно только лишь сферу чистого разума, функционирующую фактически независимо от материального мира. В.И, Вернадский же подразумевал под биосферой не только сферу духа, но и материальную действительность, преобразованную трудом людей. 
 
 
 
 
 

1. Биосфера, ее структура и функции. 

    Около 60 лет назад выдающийся русский  ученый академик В.И. Вернадский разработал учение о биосфере – оболочке Земли, населенной живыми организмами. В.И. Вернадский распространил понятие биосферы не только на организмы, но и на среду  обитания. Он выявил геологическую  роль живых организмов и показал, что их деятельность представляет собой  важнейший фактор преобразования минеральных  оболочек планеты. Он писал: “На земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а  поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем  живые организмы, взятые в целом”. Более правильно, поэтому определять биосферу как оболочку Земли, которая  населена и преобразуется живыми существами.

    В составе биосферы различают:

• живое вещество, образованное совокупностью организмов;
• биогенное вещество, которое создается в процессе жизнедеятельности организмов (газы атмосферы, каменный уголь, известняки и др. );
• косное вещество, образующееся без участия живых организмов (основные породы, лава вулканов, метеориты);
• биокосное вещество, представляющее собой совместный результат жизнедеятельности организмов и абиогенных процессов (почвы).

    Эволюция  биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как  космического тела и протекающих  в ее недрах химических преобразований, биологической эволюции живых организмов и развитием человеческого общества.

    Границы биосферы определяются факторами земной среды, которые делают невозможным  существование живых организмов. Верхняя граница проходит примерно на высоте 20 км от поверхности планеты  и отграничена слоем озона, который  задерживает губительную 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 10-11км. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5-7,5 км, что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии.

    Атмосфера. Газовая оболочка состоит в основном из азота и кислорода. В небольших  количествах в ней содержится диоксид углерода (0,003 %) 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 – важный 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 1 300 млн. км.

    Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в  зависимости от температуры и  присутствия живых организмов. В  воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, 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  глубинах гидросферы и литосферы  организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена главным  образом на поверхности земли, в  почве и приповерхностном слое океана.

    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  только десятая часть – млекопитающие.

    Таким образом, в количественном отношении  преобладают формы, состоящие на относительно низком уровне эволюционного  развития.

    Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы, одна она играет ведущую роль в геохимических  процессах. Вещества и энергию, необходимую  для обмена веществ, организмы черпают  из окружающей среды. Огромные количества живой материи воссоздаются, преобразуются  и разлагаются.

    Ежегодно  благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.

    Главная функция биосферы заключается в  обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в  циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. 
 
 
 
 

2. Биосфера и человек. 

    Современный человек сформировался около 30-40 тыс. лет назад. С этого времени  в эволюции биосферы стал действовать  новый фактор – антропогенный.

    Первая  созданная человеком культура –  палеолит (каменный век) продолжалась примерно 20-30- тыс. лет; она совпала  с длительным периодом оледенения. Экономической основой жизни  человеческого общества была охота  на крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого  носорога, осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят многочисленные кости диких  животных – свидетельство успешной охоты. Интенсивное истребление  крупных травоядных животных привело  к сравнительно быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов.

    Если  мелкие травоядные могли восполнять потери от преследования охотниками благодаря высокой рождаемости, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены этой возможности. Дополнительные трудности для травоядных возникли вследствие изменения природных  условий в конце палеолита. 10-13 тыс. лет назад наступило резкое потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе , вымерли крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития, характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским отношением к окружающей среде. В следующую эпоху – неолита - наряду с охотой (на лошадь, дикую овцу, благородного оленя, кабана, зубра, и т.д.), рыбной ловлей и собирательством (моллюски, орехи, ягоды, плоды) все большее значение приобретает процесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тыс. лет назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу, ячмень, чечевицу, кости домашних животных – коз, овец, свиней. В разных местах Передней и Средней Азии, Кавказа, Южной Европы развиваются зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется огонь – и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается металлургия.

    Рост  населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние  два столетия, особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой дальнейшей эволюции биосферы.

        В.И. Вернадский считал, что влияние  научной мысли и человеческого  труда обусловило переход биосферы  в новое состояние – ноосферу (сферу разума). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Теория Вернадского о коэволюции общества и природы

    В самом начале XX века В.И. Вернадский впервые сформулировал утверждение  о том, что человек превращается в основную геологопреобразующую силу планеты и чтобы обеспечить свою будущность, ему предстоит взять на себя ответственность за дальнейшее развитие биосферы и общества. В результате такого целенаправленного воздействия биосфера перейдет в качественно новое состояние.

    Это новое состояние биосферы, которое определяется (направляется) деятельностью разума человека, Ле Руа назвал ноосферой. Сам Вернадский использовал этот термин весьма осторожно и лишь в самом конце своей жизни.

    Термин "ноосфера" в настоящее время  получил достаточно широкое распространение, но трактуется разными авторами весьма неоднозначно. Человечество - часть  биосферы, и реализация принципа коэволюции - необходимое условие для обеспечения его будущего.

    Изучение  проблем коэволюции открывает новое и, возможно, важнейшее направление фундаментальных исследований. Часто говорят, что в отличие от века пара, каким был век XIX, и века ХХ, который был веком электричества и атомной энергии, наступающий век будет веком гуманитарных знаний.

    Биосфера  представляет собой грандиозную  нелинейную систему. Однако до сих пор  основное внимание исследователей уделялось  изучению отдельных фрагментов этой системы. В центре внимания исследователей были прежде всего многочисленные механизмы отрицательной обратной связи. Наиболее концептуально интересен вопрос о стабильности биосферы, ее способности реагировать на внешние возмущения так, чтобы они не выводили ее из состояния установившегося квазиравновесия.

    Но  описать особенности эволюции биосферы с помощью одних механизмов отрицательных обратных связей нельзя. Как во всякой сложной развивающейся системе, в ней присутствует и множество положительных обратных связей. Обойтись без них тоже нельзя, поскольку именно положительные обратные связи и являются ключом к развитию системы, то есть усложнению системы и росту разнообразия ее элементов, что приводит к сохранению ее целостности (хотя может привести и к другому состоянию квазиравновесия).

    Таким образом, любая сложная саморазвивающаяся  система всегда обладает неким набором  механизмов, некоторые из которых  играют роль положительных, а другие - отрицательных обратных связей. Первые отвечают за развитие системы, рост ее сложности и разнообразие элементов. Вторые - за стабильность (гомеостаз) системы  и сохранение уже существующего квазиравновесия. Разделение этих механизмов весьма условно. Однако оно дает качественное представление о характере функционирования сложной развивающейся системы. В настоящее время наибольшее внимание привлекает изучение механизмов отрицательной обратной связи, что достаточно естественно, поскольку человек живет в определенных условиях, к которым он адаптировался. И смена этих условий может оказаться трагичной. Но изучение отдельных механизмов, даже в их сочетании, еще недостаточно для построения теории развития биосферы. А без такой теории говорить о стратегии человечества во взаимоотношениях с биосферой очень трудно и опасно.

    Дело  в том, что биосфера - система существенно-нелинейная, и она даже без активных внешних воздействий способна к кардинальным перестройкам своей структуры. И теория развития биосферы не может считаться полноценной, если не изучено множество ее бифуркационных состояний, условий перехода из одного состояния в другое и структура аттракторов, то есть окрестностей более или менее стабильных состояний.

    Однако  система уравнений, описывающая  функционирование биосферы даже в ее простейшем варианте, столь сложна, что непосредственное использование  математических методов (то есть теории динамических систем) представляется крайне сложным. Поэтому пока что  единственным эффективным способом анализа может служить эксперимент  с компьютерными моделями, имитирующими динамику биосферы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

    Концепция биосферы позволила свести все многообразие живых форм на планете к системному единству во взаимодействии живой и  неживой природы. При таком подходе  лучше стала заметна планетарная  роль живых организмов, деятельностью  которых совершается качественное преобразование земной поверхности  в направлении возникновения  и возрастания свойств ее жизнепригодности (появление и поддержание свободного кислорода в атмосфере, формирование свойства плодородия почвы и наружных вод планеты, формирование озонового экрана в верхних слоях атмосферы и т.д.).

    По  структуре биосфера представляет собой  качественно разнородное и в  количественном соотношении компонентов  диссимметричное образование. Живое вещество играет ведущую роль в развитии биосферы, кинетически переключая преимущественное движение вещества и энергии от неживой природы к органическому миру.

    С возникновением человека на Земле эта  тенденция усиливается по мере возрастания  динамизма человеческой производственной деятельности. Тем самым начинается процесс формирования ноосферы.

    Точно так же, как раньше живое вещество планеты сформировало своей жизнедеятельностью биосферу, человеческому обществу суждено  продолжить эту закономерность и  стать фактором, организующим новую  планетную оболочку -- ноосферу как специфическую природную среду своего развития. Естественной основой формирования этой оболочки должна стать биосфера, организованность которой и процессы саморегуляции воспроизводятся в ноосфере как условие существования и сохранения всех форм жизни на Земле и человеческой в том числе.

    Ноосфера -- это понятие, ориентирующее человечество в оптимальном выборе пути дальнейшего развития и сохранения человеческого общества в гармонии с природой.