Биосфера, ноосфера, живое вещество

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Ведущую роль выполняет кислород, на долю которого приходится половина массы земной коры и 92% ее объема, однако кислород прочно связан с другими элементами в главных породообразующих минералах. Т.о. в количественном отношении земная кора – это “царство” кислорода, химически связанного в ходе геологического развития земной коры.

      Постепенно  идея о тесной взаимосвязи между  живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы все настойчивее проникала в сознание ученых и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Они все больше убеждались в том, что обособленное исследование явлений и процессов природы с позиций отдельных научных дисциплин оказывается неадекватным. Поэтому на рубеже ХIХ – ХХ вв. в науку все шире проникают идеи холистического, или целостного, подхода к изучению

природы, которые  в наше время сформировались в  системный метод ее изучения. 

2. Устойчивость  биосферы

        Какова устойчивость биосферы, то есть ее способность возвращаться в исходное состояние после любых возмущающих воздействий? Она очень велика. 
Биосфера существует уже около 3,8 миллиардов лет (Солнце и планеты – около 4,6 миллиарда) и за это время ее эволюция не прерывалась: это следует из того, что все живые организмы, от вирусов до человека, имеют один и тот же генетический код, записанный в молекуле ДНК, а их белки построены из 20 аминокислот, одинаковых у всех организмов. И как бы ни были велики возмущающие воздействия, а некоторые из них можно отнести к разряду глобальных катастроф, приводивших к исчезновению многих видов, в биосфере всегда находились внутренние резервы для восстановления и развития.

  Только  за последние 570 миллионов лет отмечено шесть крупных катастроф. В результате одной из них число семейств морских животных уменьшилось более чем на 40%. Крупнейшая катастрофа на границе пермского и триасового периодов (240 миллионов лет назад) привела к вымиранию около 70% видов, а катастрофа на границе мелового и третичного периодов (67 миллионов лет назад) - вымиранию почти половины видов (тогда-то вымерли и динозавры).

  Причины таких катаклизмов могли быть различны: похолодание климата, большие  вулканические извержения с обширными  излияниями лавы, отступления океана, удары крупных метеоритов – биота  все равно развивалась, приспосабливаясь к окружающей среде и одновременно оказывая на последнюю мощное преобразующее влияние. Образование атмосферного кислорода и увеличение его концентрации, кстати, тоже оказалось катастрофичным для некоторых видов – они вымерли, в то же время развитие других ускорилось. 
Содержание углекислого газа в атмосфере соответственно уменьшилось. Углерод начал накапливаться в биоте и детрите (запас мертвого органического вещества: опад листьев, засохшие деревья, торф, каменный уголь, нефть) и преобразовываться в уголь, нефть и газ. В океанах из раковин и скелетов морских организмов образовались мощные морские отложения карбонатов 
(известняк, мел, мрамор) и силикатов. Полосчатые железняки, составляющие главные промышленные запасы железа, в том числе и запасы Курской магнитной аномалии, образовались около 2 миллиардов лет назад под воздействием кислорода, выделенного фотосинтезирующими бактериями (только после этого кислород стал накапливаться в атмосфере). Ряд организмов, накапливающих определенные элементы, участвовал в создании месторождений других полезных ископаемых.

  Биота прошла огромный путь эволюции от простейших организмов до животных и растений и достигла видового разнообразия, которое исследователи оценивают 2-10 миллионами видов животных, растений и микроорганизмов, каждый из которых занял свою экологическую нишу.

  Состояние биоты определяется в основном физико-химическими  характеристиками окружающей среды. Совокупность среднемноголетних характеристик  атмосферы, гидросферы и суши мы называем климатом. Основная климатическая характеристика – температура у поверхности Земли – изменялась за время эволюции биоты относительно мало (при современном значении средней глобальной температуры 288 0 К (шкала Кельвина отсчитывает градусы от абсолютного нуля, 288 0 = 15 0 ) изменения, с учетом ледниковых периодов, не превышали 10-20 0 ).

  Хотя на состояние экосистем и биосферы в целом физико-химические процессы в окружающей среде оказывают  определенное влияние, сильно и обратное влияние биоты на окружающую среду. Причем воздействует она как на положительные, так и на отрицательные обратные связи, поэтому ее развитие иногда ускоряется, а иногда замедляется.

  Но этот цикл не замкнут, не стационарен, как  показали геологические данные и  теоретические модели, содержащие в атмосфере СО2 (и связанное с ним содержание О2) за последние 570 миллионов лет неоднократно колебалось, причем количество СО2 каждый раз уменьшалось или увеличивалось в несколько раз. В одних случаях это способствовало развитию биоты, а в других – мешало.

  Не является замкнутым и медленный геохимический  цикл: СО2 поступает в атмосферу  через вулканы, а расходуется  на выветривание горных пород и на образование биоты. Часть атмосферного углерода откладывается, захороняется надолго, создавая запасы ископаемого топлива, а освободившийся кислород поступает в атмосферу. В результате за 4 миллиарда лет концентрация СО2 в атмосфере уменьшилась в 100 – 1000 раз (из-за ослабления вулканизма, в результате расхода радиоактивных элементов в недрах Земли), что отрицательно повлияло на питание растений. В то же время накопление кислорода в атмосфере резко ускорило развитие биоты, но не было на пользу самым анаэробным (безкислородным) организмам, в результате жизнедеятельности которых появился кислород. Они были почти полностью вытеснены вновь возникшими аэробными организмами.

  Большое влияние биоты на окружающую среду  привело некоторых исследователей к выводу, что биота могла поддерживать в окружающей среде условия, благоприятные  для ее жизнедеятельности. Но эта  гипотеза противоречит ряду факторов (массовые вымирания, исчезновение миллиардов видов), а так же дарвиновской теории эволюции. Биота не поддерживала условия окружающей среды, оптимальные для живущих организмов, поэтому многие организмы и виды не могли пережить изменений географических и климатических условий. Есть оценки, что за время существования биосферы исчезло несколько миллиардов видов, тогда как сейчас существуют несколько миллионов. Но зато организмы, которые сумели пережить изменение условий, давали начало новым видам. Именно приспособление к изменяющимся условиям окружающей среды создало многочисленные и приспособленные виды, то есть двигало эволюцию, как это впервые показал Дарвин. Если бы было верным допущение о том, что существующая в определенный момент биота может поддерживать параметры окружающей среды в оптимальных для себя пределах, то сейчас могли бы существовать климат и богатейшая растительность каменноугольного периода, но эволюция биоты прекратилась бы.

  Имеются данные о том, что становлению  человека как вида способствовали тяжелые условия окружающей среды, в которых жили наши предки. Когда он научился поддерживать благоприятные условия своего существования, его эволюция как биологического вида прекратилась, сменившись эволюцией общества.

  Итак, в процессе развития биоты были периоды устойчивого развития и периоды катастроф.

2. В.И.Вернадский о биосфере и “живом веществе”

      Центральным в этой концепции является понятие  о живом веществе, которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какое деятельность людей оказывает на остальное

живое вещество.

      Это воздействие сказывается прежде всего в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы.

      Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую  работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.

      Несмотря  на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.

3. Ноосфера

      3.1. Трансформация биосферы в ноосферу 

  Благодаря взаимосвязи всего существующего космос оказывает активное влияние на самые различные процессы жизни на Земле.

  В. И. Вернадский, говоря о факторах, влияющих на развитие биосферы, указывал среди прочих и  космическое влияние. Так, он подчеркивал, что без космических светил, в частности без Солнца, жизнь на Земле не могла бы существовать. Живые организмы трансформируют космическое излучение в земную энергию (тепловую, электрическую, химическую, механическую) в масштабах, определяющих существование биосферы.

  На существенную роль космоса в появлении жизни на Земле указывал шведский ученый, Нобелевский лауреат С. Аррениус. По его мнению, занос жизни на Землю из космоса был возможен в виде бактерий благодаря космической пыли и энергии. Не исключал возможности появления жизни на 
Земле из космоса и В. И. Вернадский.

  Влияние космоса на происходящие на Земле  процессы (например, Луны на морские  приливы и отливы, солнечные затмения) люди подметили еще в древности. Однако многие века связь космоса  с Землей осмысливалась чаще на уровне научных гипотез и догадок или вообще вне рамок науки. Во многом это было обусловлено ограниченными возможностями человека, научной базы и имевшегося инструментария. В XX столетии знания о влиянии космоса на Землю существенно пополнились. И в этом есть заслуга и российских ученых, в первую очередь представителей русского космизма — А.Л.Чижевского, 
К.Э.Циолковского, Л.Н.Гумилева, В.И.Вернадского и др.

  Понять, оценить  и выявить масштабы влияния космоса, и прежде всего 
Солнца, на земную жизнь и ее проявления во многом удалось А.Л.Чижевскому. 
Об этом красноречиво свидетельствуют названия его работ: «Физические факторы исторического процесса», «Земное эхо солнечных бурь» и т.п. [6, с.121]

  Ученые  давно обратили внимание на проявления активности Солнца 
(пятна, факелы на его поверхности, протуберанцы). Эта активность в свою очередь оказалась связанной с электромагнитными и другими колебаниями мирового пространства. А.Л.Чижевский, проведя многочисленные научные исследования по астрономии, биологии и истории, пришел к выводу об очень значительном влиянии Солнца и его активности на биологические и социальные процессы на Земле («Физические факторы исторического процесса»).

  В 1915 г. 18-летний А.Л.Чижевский, самозабвенно изучавший  астрономию, химию и физику, обратил внимание на синхронность образования солнечных пятен и на одновременную активизацию боевых действий на фронтах Первой мировой войны. Накопленный и обобщенный статистический материал позволил ему сделать данное исследование научным и убедительным.

  Смысл его  концепции, основанной на богатом фактическом  материале, состоял в доказательстве существования космических ритмов и зависимости биологической  и общественной жизни на Земле  от пульса космоса. 
К.Э.Циолковский так оценил труд своего коллеги: «Молодой ученый пытается обнаружить функциональную зависимость между поведением человечества и колебаниями в деятельности Солнца, и путем вычислений определить ритм, циклы и периоды этих изменений и колебаний, создавая таким образом новую сферу человеческого знания. Все эти широкие обобщения и смелые мысли высказываются Чижевским впервые, что придает им большую ценность и возбуждает интерес. Этот труд является примером слияния различных наук воедино на монистической почве физико-математического анализа».

  Лишь через много лет высказанные А.Л.Чижевским мысли и выводы о влиянии Солнца на земные процессы были подтверждены на практике. 
Многочисленные наблюдения показали неоспоримую зависимость массовых всплесков нервно-психических и сердечно-сосудистых заболеваний у людей при периодических циклах активности Солнца. Прогнозы так называемых 
«неблагоприятных дней» для здоровья — обычное дело в наши дни. [6, с.123]

  Интересна мысль Чижевского о том, что магнитные  возмущения на Солнце в силу единства Космоса могут серьезно сказываться на проблеме здоровья руководителей государств. Ведь во главе большинства правительств многих стран стоят немолодые люди. Происходящие на Земле и в космосе ритмы, конечно же, влияют и на их здоровье и самочувствие. Особенно это опасно в условиях тоталитарных, диктаторских режимов. А если во главе государства стоят аморальные или психически ущербные личности, то их патологические реакции на космические возмущения могут привести к непредсказуемым и трагическим последствиям как для народов своих стран, так и всего человечества в условиях, когда многие страны обладают мощным оружием уничтожения.

  Особое  место занимает утверждение Чижевского о том, что Солнце существенно  влияет не только на биологические, но и социальные процессы на 
Земле. Социальные конфликты (войны, бунты, революции), по убеждению 
А.Л.Чижевского, во многом предопределяются поведением и активностью нашего светила. По его подсчетам, во время минимальной солнечной активности происходит минимум массовых активных социальных проявлений в обществе 
(примерно 5%). Во время же пика активности Солнца их число достигает 60%.

  Многие  идеи А.Л.Чижевского нашли свое применение в области космических и биологических  наук. Они подтверждают неразрывное  единство человека и космоса, указывают  на их тесное взаимовлияние.

  Весьма  оригинальными были космические  идеи первого представителя русского космизма Н.Ф.Федорова. Он возлагал большие  надежды на будущее развитие науки. Именно она, по мнению Н.Ф.Федорова, поможет  человеку продлить его жизнь, а в  перспективе сделать бессмертным. Расселение людей на другие планеты из-за большого скопления станет необходимой реальностью. 
Космос для Федорова — активное поприще человеческой деятельности. В середине XIX в. он предлагал свой вариант перемещения людей в космическом пространстве. По мнению мыслителя, для этого надо будет овладеть электромагнитной энергией земного шара, что позволит регулировать его движение в мировом пространстве и превратит Землю в космический корабль 
(«земноход») для полетов в космос. В перспективе, по замыслам Федорова, человек объединит все миры и станет «планетоводом». В этом особенно тесно проявится единство человека и космоса.