Биосфера и ее развитие

Биосфера  и ее эволюция

Введение

Та часть  литосферы, гидросферы и атмосферы  Земли, в которой существуют и  развиваются растительные и живые  организмы, называется биосферой. В  ее состав входят не только растительный покров и животное население планеты, все реки и озера, водная масса  океанов, но и почвенный слой, значительная часть тропосферы и самый верхний  слой земной коры - зоны выветривания. На земной поверхности практически  нет площадей, где отсутствует  жизнь. Даже в жарких и безводных  тропических пустынях или на поверхности  высокогорных ледников и полярных льдов  обнаружены микробы и другие микроорганизмы.

Знания о  биосфере сегодня как никогда  актуальны и необходимы. Человек  вышел за пределы возможностей биосферы и активно преобразовывает ее. В большинстве случае подобные преобразования крайне негативно сказываются на самой биосфере.

Сегодня необходимо создание концепции сохранения биосферы, ее охраны. Только направляя усилия на сохранение природной среды хотя бы в том виде, какая она есть сейчас, мы сможем сохранить на планете  условия для существования человечества.

На протяжении эволюции биосферы в ней сложилось  стойкое динамическое равновесие, которое  определялось потребительско-восстановительной  функцией, т.е. потребленные природные  ресурсы постоянно и своевременно воссоздавались. Это обеспечивало постоянство  живого вещества в биосфере. С появлением Homo Sapiens это динамическое равновесие природы постоянно поднималось. Однако пока численность населения возрастала медленными темпами, в природе за счет самовоспроизведения и наличия еще неисчерпанных резервов живого вещества происходило восстановление динамического равновесия.

С каждым этапом значительного роста численности  населения ощутимым становились нарушения равновесия в биосфере. Это объясняется ростом потребления природных ресурсов, на что впервые в 1798 г. указал Т. Мальтус.

Сверхмощная техногенная деятельность человечества существенным образом изменяет биосферу Земли, которая, по определению В.И. Вернадского превратилась на ноосферу, т.е. сферу умной жизни.

Особенно  значительный взнос в учение о  ноосфере сделал В.И. Вернадский. По современным  представлениям, ноосфера - это сфера  сознательной деятельности человека в  глобальном масштабе, взаимодействия общества и природы, в пределах которой  умная деятельность человека становится главным, решающим фактором развития. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Понятие биосферы и ее эволюция

Учение о  биосфере

Биосфера  (от био... и сфера), оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в существенных чертах обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов.

Термин "биосфера" впервые был использован в 1875 г. Австрийским геологом Э. Зюссом. Под  биосферой понимается совокупность всех живых организмов вместе со средой их обитания, в которую входят: вода, нижняя часть атмосферы и верхняя часть земной коры, населенная микроорганизмами.

Два главных  компонента биосферы :

 — живые  организмы и среда их обитания

 — непрерывно  взаимодействуют между собой и находятся в тесном, органическом единстве, образуя целостную динамическую систему. Биосфера как глобальная суперсистема в свою очередь состоит из ряда подсистем.

Многообразие  живых систем поражает воображение. За все время эволюции жизни на Земле существовало колоссальное количество различных видов живых организмов (всего около 500 млн). В настоящее  время насчитывается около 1,2 млн  видов животных и 0,5 млн видов растений .

Минеральных же видов неживой материи (так  называемое «косное вещество») насчитывается лишь около 10 тыс. видов.

Отдельные живые организмы не существуют изолированно. В процессе своей жизнедеятельности  они соединяются в различные системы (сообщества), например, в популяции. В ходе эволюции образуется другой, качественно новый уровень живых систем, так называемые биоценозы — совокупность растений, животных и микроорганизмов в локальной среде обитания.

Эволюция  жизни постепенно приводит к росту  и углублению дифференциации внутри биосферы. В совокупности с окружающей средой обитания, обмениваясь с ней веществом и энергией, биоценозы образуют новые системы — биогеоценозы (термин введен академиком В.Н. Сукачевым в 1940 г.) или, как их еще называют, экосистемы (термин английского ботаника А. Тенсли, 1935 г.) . Они могут быть разного масштаба: море, озеро, лес, роща и т. д. Биогеоценоз представляет собой естественную модель биосферы в миниатюре, включающую все звенья биотического круговорота: от зеленых растений, создающих органическое вещество, до их потребителей, в итоге превращающих его вновь в минеральные элементы. Иначе говоря, биогеоценоз является элементарной ячейкой биосферы. Таким образом, в совокупности все живые организмы, и экосистемы образуют суперсистему — биосферу.

Одним из первых в науке комплексное учение о  биосфере стал разрабатывать выдающийся русский ученый В.И. Вернадский. В  отличие от предшествующих исследователей природы В.И. Вернадский не ограничивал  понятие биосферы только "живым  веществом ", под которым он понимал  совокупность всех живых организмов планеты. В биосферу он включал и  все продукты жизнедеятельности, выработанные за время существования жизни. Так  называемый "культурный слой" особенно наглядно заметен в городах. На целые  метры уходят в землю здания, построенные человеком всего каких-то 100—300 лет тому назад. Почва, богатая гумусом, другими питательными органическими веществами, дает возможность существовать и развиваться новым проявлениям жизни, как и кислород, вырабатываемый отдельными растениями и лесами, которые называют "легкими планеты" [8].

Говоря о  принципах существования биосферы, В.И. Вернадский прежде всего уточняет понятие и способы функционирования живого вещества. Живой организм является неотъемлемой частью земной коры и изменяющим ее агентом, а живое вещество—это совокупность организмов, участвующих в геохимических процессах. Организмы берут из окружающей среды химические элементы,  строящие их тела, и возвращают их после смерти и в процессе жизни в ту же самую среду. Тем самым и жизнь, и косное вещество находятся в непрерывном тесном взаимодействии, в круговороте химических элементов. При этом живое вещество служит основным системообразующим фактором и связывает биосферу в единое целое.

Обладая значительно  большей активностью, чем неорганическая природа, живые организмы стремятся к постоянному совершенствованию и размножению соответствующих систем, включая биоценоэы. Последние в свою очередь неизбежно входят во взаимодействие между собой, что и в конечном счете уравновешивает живые системы различного уровня. В результате достигается динамическая гармония всей суперсистемы жизни — биосферы. 

Ресурсы биосферы

Ресурсы биосферы — это особый компонент природной  среды, им следует уделять особое внимание, поскольку Их наличие, вид, количество и качество в значительной мере определяют отношения человека к природе, характер и объем антропогенных  изменений окружающей среды.

Под ресурсами  биосферы понимают все то, что человек  использует для обеспечения своего существования — продукты питания, минеральное сырье, энергоносители, пространство для жизни, воздушное  пространство, воду, объекты для  удовлетворения эстетичных потребностей.

Биологические ресурсы - источники и предпосылки  получения необходимых людям  материальных и духовных благ, заключенные  в объектах живой природы: промысловые  объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты и т.п. Различают растительные ресурсы, ресурсы животного мира, генетические ресурсы.

Еще несколько  десятилетий поэтому, если отношение  всех народов к природе определялось лишь одним девизом: подчинить, взять  самое большее, ничего не отдавая, поскольку  богатства Земли неисчерпаемые  человечество и брало, разрушало, сжигало, вырубало, убивало, истощало, поглощало, не считая. Ныне настали другие времена, так как, подсчитав, опомнились.

Обнаруживается, практически неисчерпаемых ресурсов в природе вообще нет. Условно  пока еще можно относить к неисчерпаемых  общие запасы воды на планете и  кислороде в атмосфере. Но через  их неравномерное распределение  уже сегодня в отдельных районах  и регионах Земли ощущается их острый недостаток.

Все минеральные  ресурсы принадлежат к невосстановимых  и главнейшие из них ныне уже исчерпанные  или находятся на границе уничтожения (уголь, железо, марганец, нефть, полиметаллы). Через быструю деградацию ряда экосистем  биосферы в последнее время ресурсы  живого вещества - биомассы - тоже перестали  восстанавливаться, как и запасы пресной питьевой воды.

Поскольку биосфера планеты есть замкнутая  система с относительно постоянной массой, и обменивается с космическим пространством лишь энергией, человечеству следует учитывать его состояние и её способность самовосстанавливать свою биомассу, истощаемость современных энергоносителей, которые используются человечеством, уменьшить объемы использования ресурсов, сознательно отказавшись от излишков, перейти к тактике и стратегии рационального ресурсопользования. 

Пределы устойчивости биосферы. 

Биосфера  выступает как огромная, чрезвычайно  сложная экосистема, работающая в  стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее частей и процессов.

Стабильность  биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные  функции в поддержании общего потока вещества и распределении  энергии, на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и  абиогенных процессов, на согласовывании циклов отдельных элементов и  уравновешивании емкости отдельных  резервуаров. В биосфере действуют  сложные системы обратных связей и зависимостей.

Однако стабильность атмосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.

Выступая  как важнейший агент связывания и перераспределения на поверхности  Земли космической энергии, живое  вещество выполняет тем самым  функцию космического значения.

Однако в  настоящее время на Земле появилась  новая сила, по мощности воздействия  не уступающая суммарному действию живых  организмов - человечество с его  социальными законами развития и  мощной техникой, позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов. Современное человечество использует не только огромные энергетические ресурсы  биосферы, но и небиосферные источники  энергии (например, атомной), ускоряя  геохимические преобразования природы. Некоторые процессы, вызванные технической  деятельностью человека, направлены противоположно по отношению к естественному  ходу их в биосфере (рассеивание  металлов, руд, углерода и др. биогенных  элементов, торможение минерализации  и гумификации, освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушение крупномасштабных процессов в атмосфере, влияющих на климат и т.п.)

Вернадский  считал возможным говорить даже об автотрофной роли человека, понимая  под этим возрастающие масштабы искусственного синтеза органических веществ, часто  даже не имеющих аналогов в живой  природе.

За последние 100 лет человечество увеличилось  в 4 раза, потребление энергии в 10 раз, совокупный продукт в 17,6 раза, минерального сырья - в 29 раз. 85 % всех добытых за всю  историю человечества полезных ископаемых приходится на XX век. Общее количество используемой энергии в конце  века всего на 3-4 порядка величин  меньше суммарной солнечной энергии  поступающую на верхнюю границу  атмосферы Земли. К настоящему времени 1/4 суши занята агроценозами и пастбищами и 3/4 непокрытой вековыми льдами территории оказывается в зоне прямого хозяйственного воздействия. Мировой улов рыбы достиг своего теоретического предела. На глазах происходит изменение глобального  климата Земли, в результате которого могут усилиться стихийные бедствия, возрасти материальные потери, вымереть значительное число видов. В XXI веке человечество должно удвоиться. Сможет ли биосфера выдержать такую нагрузку?

Комплексное воздействие человечества на биосферу увеличивается значительно интенсивнее  прироста самого человечества. Поэтому  при последующем удвоении народонаселения  мира нагрузка на биосферу возрастет  многократно.

Почти весь XX век может быть описан динамикой  экстенсивного развития: увеличением  производства электроэнергии, стали, алюминия, удобрений, пестицидов, автомобилей, протяженности  транспортных магистралей и много  другого.

Лишь в  последней четверти XX века произошли  революционные изменения в стратегии  экономического развития Повышение  странами ОПЕК В 1973 г цен на нефть  заставил главных ее покупателей - США, Японию и страны Западной Европы - срочно развивать новые технологии энергосбережения.

В течение  почти десяти лет мир продолжал  успешное развитие без увеличения энергозатрат. Этот пример впервые поколебал казавшийся незыблемым постулат об опережающем  развитии энергетики для устойчивости экономики. С тех пор перспективы  развития человечества связывают со скоростью научно-технического прогресса, направленного на получение более  совершенного конечного результата с использованием все меньшего количества ресурсов

Но, как только цена на нефть стала понижаться на мировом рынке в течение 1980-х  годов, так снова наметился рост потребления энергии человечеством, а прогрессивные способы энергосбережения снова стали нерентабельными. Видимо в условиях рыночной экономики повышение  цен на сырье способствует технологическому прогрессу и рациональному хозяйствованию на ограниченной Земле, хотя при этом страдают бедные страны, не обладающие собственными запасами ценных природных  ресурсов.

Оборотной стороной экстенсивного развития стало  загрязнение окружающей среды. Человечество никогда ранее не задумывалось о  судьбе отходов жизнедеятельности, а потому и не планировало замкнутых  циклов производства. Природа сама утилизировала солому, дерево, трупы животных, а то, что не подвергалось химическим превращениям, просто захоранивалось под слоем земли или ила. По сравнению с круговоротом веществ в биосфере человеческие отходы долгое время оставались незначительными. Однако многократное увеличение в течение XX века промышленного и сельского производства привело к столь же масштабному загрязнению воды, воздуха, почвы. При ограниченных размерах почти полностью заселенной планеты люди должны теперь сами обеспечивать переработку своих отходов так, чтобы не навредить биосфере.

Эволюция  биосферы в ноосферу

Потенциал растительных и живых организмов огромен. Но он может быть использован  в полном объеме лишь при глубоком знании всех процессов регуляции  в живой клетке и организме, при  детальном изучении влияния на организмы  внешних факторов.

В 20 веке впервые  в истории Земли человек узнал  и охватил всю биосферу, закончил географическую карту планеты Земля, расселился по всей ее поверхности. Исторический процесс меняется на наших глазах коренным образом. Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической  силой. Перед ним встал вопрос об эффективном использовании биосферы в интересах человечества. Это  новое состояние биосферы В. И. Вернадский назвал ноосферой .

Ноосфера, по Вернадскому, это такой этап развития биосферы, при котором “проявляется как мощная, все растущая геологическая  сила роль человеческого разума (сознание) и направленного им человеческого  труда”. Подобно тому как в зрелом и здоровом человеческом организме  все функции, касающиеся взаимоотношения  организма с внешней средой, координируются головным мозгом, так и функционирование современного глобального сверхорганизма – ноосферы – должно управляться  ее совокупным разумом.

Ноосферная  концепция Вернадского пробивала  себе дорогу с большим трудом. Его  программная статья “Несколько слов о ноосфере”, предназначенная для  отечественной газеты “Правда”, появилась  лишь в узкоспециализированном журнале  “Успехи современной биологии”  за несколько месяцев до смерти автора. В нашей стране о ноосфере вспомнили  лишь в 1980 году, когда вышла в свет книга В. И. Вернадского “Научная мысль как планетное явление”. Она не была опубликована при жизни автора, но именно в ней концепция ноосферы изложена наиболее обстоятельно.

“Ноосфера, - писал В. И. Вернадский, - это царство  человеческого разума. Это – новое  состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся…

Ноосфера  есть новое геологическое явление  на нашей планете. В ней впервые  человек становится крупнейшей геологической  силой. Он может и должен перестраивать  своим трудом и мыслью область  своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что  было раньше.

Лик планеты  – биосфера – химически резко  меняется человеком сознательно  и главным образом бессознательно…  Человек должен теперь принимать  все большие и большие меры к тому, чтобы сохранить для  будущих поколений никому не принадлежащие  морские богатства. Сверх того, человеком  создаются новые виды и расы животных и растений.

В будущем  нам рисуются как возможные сказочные  мечтания: человек стремится выйти  за пределы своей планеты… в космическое  пространство… И вероятно, выйдет.

Ноосфера  – последнее из многих состояний  из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории –  состояние наших дней”. 

 Развитие концепции ноосферы как дальнейшей эволюции биосферы

Этапы преобразования биосферы в техносферу

Идея о  том, что биосфера нашей планеты  переходит в состояние ноосферы, имеет непересекающееся значение для  разработки методологии исследования системы “природа - общество”. Одним  из первых украинский ученый понял  методологическое несоответствие средств  науки, которые были сформированы в  ХІХ столетии, тем глобальным процессам, которые уже чувствительно проявили себя в ХХ ст. и в которых человечество вообще выступает как функция планетарной системы. “Мы живем в эпоху, - отмечал он, - когда человечество впервые охватило в бытии планеты всю землю. Биосфера перешла в новое состояние - в ноосферу”.

Основой теории ноосферы в учении В. Вернадского есть особая часть организованной биосферы, которая появилась в эволюционном процессе Земли и в истории человечества, т.е. человеческая деятельность, которая явилась как новая геологическая сила. Ноосфера, которая является закономерным этапом развития системы “биосфера и человечество”, является такой степенью ее организованности, за которой человеческая деятельность, основываясь на естественных продуктивных силах биосферы, расширяет возможности развития последней. Учение о ноосфере в концентрированном виде раскрывает становление новой формы организованности планетарных процессов, созданной умной деятельностью человека. Наука, культура, мораль, свободная творческая деятельность - это “приложения” ноосферы, факторы ее становления.

В ХХ столетии рядом с биосферой возникла техносфера. Техносфера - это область технической  деятельности человека на Земле и  в космосе. Ее образование определили эволюция биосферы и живых организмов, появление человека умной, осуществление  ею работы физической и интеллектуальной, общественные организации. Происходит активная целенаправленная перестройка  естественных условий Земли, которая  приводит к непредусмотренным следствиям.

За своим  происхождением, развитием техносфера принципиально отличается от других планетных оболочек. Ее название указывает на рукотворный, художественный характер сферы и логически связанная с понятием “техногенез”, которое укоренилось в науке и в философии.

Понятие “техногенез” предусматривает носителя этого  процесса, т.е. технос или техновещество. Благодаря этому техносфера представляет собой качественно новый элемент  биосферы. В техногенных процессах  реальной геологической силой становится техника, которая требует больших  объемов энергии и вещества биосферы, выжимая и сдерживая живые  организмы, в частности человека. Человек, (техника) и техносфера образовывают единую систему.

Ее влияние  на жизнь планеты возрастает. Это  нуждается в не просто разумности с точки зрения здравого смысла, осмотрительности в действиях, но и  научного предвидения, серьезного научного анализа и на их основе сурового регулирования практической деятельности человечества и его отношений  с природой, комплексного и глобального  подхода к оценке влияния следствий  нашей деятельности на природу. Определенные сдвиги в этой области уже есть. Это, например, “новые енергосберегающие  технологии, и либерализация экономики, и отвесное развитие коллективного  Интеллекта, базирующееся на новых  средствах связи и компьютеризации, и постепенный поворот сознания ученых, политиков, да и простых смертных”.

В произведениях  В. Вернадского техносфера рассматривается  в ее становлении и развитии, диалектическому  взаимосвязи науки и практики. Говоря о научно-технической деятельности, В. Вернадский имел в виду не только производственно-практическую, но и  социальную сферу жизни человечества. Большую роль в формировании техносферы сыграет научная мысль, которая  перерабатывает биосферу, строит и  направляет техническую работу человечества. Научная мысль как глобальный геологический фактор, считал В. Вернадский, является активным агентом в системе ноосферы. Человек научно мыслил и благодаря работе изменил биосферу, приспособил ее к себе и сам создал условия проявления присущий ей биохимической энергии размножения. Основным в этом процессе действенного влияния научной мысли на смену биосферы стало точное установление факта и его проверки, которое выросло, вероятно, из технической работы, вызванной нуждами повседневной жизни.

Тейяр де Шарден также считал научные исследования и их техническое внедрение важным фактором формирования ноосферы. Он указывал, что наука для человека - это  “не побочное занятие, а существенная форма деятельности, фактически естественный выход, открытие для излишка сил, которые постоянно высвобождаются машиной”.

В роботах  В. Вернадского встречается понятие  “научная техника”, которое означает, на наш взгляд, способы и методы, которыми пользуется наука, приобретая знание. Речь идет о методологических аспектах науки. Ученый отмечает связь  научной техники с политикой, идеологией, повседневной жизнью. “Заселение людьми всей планеты - отмечал ученый, - стало возможным только благодаря  резкому изменению бытовых условий, связанных с новой идеологией, с резким изменением задач государственной  жизни, с ростом научной техники, которые осуществились к тому времени”. 

Концепция становления ноогенеза  и техногенеза. 

«Этап за этапом пути эволюции живых организмов изучают  преимущественно биологи и палеонтологи, — пишет Р. Баландин. — Но живое  вещество — лишь часть биосферы, всецело от нее зависящая. А биосфера — часть планеты, неотделимая  от потока лучистой энергии Солнца.

Все происходящее на Земле есть проявление не только земных, но и космических сил. И  человечество, как часть живого вещества биосферы и планеты, — явление  космическое, а его появление, развитие, бытие — естественные процессы саморазвития природы.

До Вернадского  подобные идеи были известны. Более  двух столетий они в разной форме  встречаются в философских и  научных трактатах, своеобразно  и ярко они были высказаны уже  в XVIII веке философом Гердером, натуралистом Бюффоном, поэтом и мыслителем Гете, а позже — естествоиспытателем  Александром Гумбольдтом, географами Ф. Ратцелем и Э. Реклю... Значит ли это, что Вернадский просто-напросто пересказал давно известные и отчасти  забытые мысли других мудрецов?

Вернадский  сумел по-новому организовать разрозненные сведения о взаимодействии человека и природы, о саморазвитии материи. Осенью 1924 года он начал работу над  статьей «Идеи о прогрессе  и автотрофности человечества». Написал ее по-французски и опубликовал  в Париже под измененным названием  — «Автотрофность человечества», очень  неполно отражающим содержание этой работы. Вернадский выделил особо  важную, с его точки зрения, мысль  о будущем переходе человека от гетеротрофности (питания живыми организмами) к автотрофности (питанию синтетической пищей  без уничтожения живого)».

Развивая  идеи об эволюции биосферы, появлении  на Земле человечества, русский ученый делает шаг к новому обобщению  — к идее перехода биосферы в  ноосферу. При этом Вернадский опирается  на данные многих естественных наук, как  минералогия, геология, космохимия, биогеохимия  и др. Им подчеркнутаы неизбежность этого процесса как особого естественно-природного явления, которое коренным образом  меняет строение биосферы нашей планеты. Вернадский отмечает: «Научная мысль  человечества работает только в биосфере и в ходе своего проявления в конце концов превращает ее в ноосферу, геологически охватывает ее разумом. Научная мысль есть часть структуры — организованности — биосферы и ее в ней проявления, ее создание в эволюционном процессе жизни является величайшей важности событием в истории биосферы, в истории планеты».