Учение о биосфере развил. Учение вернадского о биосфере. Основные положения учения о биосфере
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | Учение о биосфере |
| Рубрика (тематическая категория) | Экология |
Биосфера – оболочка Земли, состав, структура и энергия которой определяется совокупной деятельностью живых организмов.
Глобальная экология - учение о биосфере Земли.
Биосфера охватывает часть атмосферы до высоты озонового экрана (20-25 км) , часть литосферы и всю гидросферу. Нижняя граница опускается в среднем на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана.
В биогеохимическом аспекте - это оболочка Земли, в пределах которой распространена жизнь.
Термин ʼʼбиосфераʼʼ ввел Э. Зюсс (1875), понимавший ее как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющая ʼʼлик Землиʼʼ.
Целостное учение о биосфере разработал В.И. Вернадский.
Основные свойства биосферы по В.И. Вернадскому:
1) целостность и организованность биосферы;
2) ʼʼвсюдностьʼʼ ее живого вещества;
3) наличие в ней четких дискретных образований.
Особо он выделял охваченный жизнью слой биосферы, где сосредоточена основная масса организмов: наземная, планктонная и донная пленка жизни . Биосфера как глобальная система жизни образована совокупностью биогеоценозов.
Вещество биосферы сложно и имеет несколько компонентов :
1) совокупность живых организмов - живое вещество ;
2) вещество, создаваемое и переработанное живыми организмами, - биогенное вещество (каменный уголь, битумы, известняки);
3) косное вещество , образуемое процессами, в которых живое вещество не участвует (твердое, жидкое, газообразное);
4) биокосное , ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ создается одновременно живыми организмами и косными процессами (почти вся вода биосферы, нефть, почва);
5) вещество, находящееся в процессе радиоактивного распада;
6) рассеянные атомы, которые непрерывно создаются из различных видов земного вещества под влиянием космических излучений;
7) вещество космического происхождения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ включает отдельные атомы и молекулы, входящие в ионосферу из электромагнитного поля Солнца, проникающие из космических пространств.
Живое вещество в биосфере выполняет две основные функции :
1) Энергетическая функция : Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, ей необходима энергия, собственных источников которой она не имеет. Она может потреблять энергию только от внешних источников. Таким главным источником для биосферы является Солнце.
2) Средообразующая функция . Выражается в соответствующих биогеохимических функциях, которые свидетельствуют об участии живых организмов в химических процессах изменения вещественного состава биосферы:
а) газовая – поглощение и выделение газов (к примеру, зеленые растения поглощают кислород; бактерии восстанавливают азот, сероводород; животные и растения выделяют углекислый газ).
б) концентрационная – организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний.
в) окислительно-восстановительная – живое вещество окисляет, к примеру, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов.
Г) биохимические функции связаны с жизнедеятельностью живых организмов – их питанием, дыханием, размножением, смертью и последующим разрушением тел. В результате происходит химическое превращение живого вещества сначала в биокосное, а затем, после умирания, в косное.
д) биогеохимические функции, связанные с деятельностью человека
Биосфера представляет собой грандиозную равновесную систему с непрерывным круговоротом вещества и энергии. Развитие биосферы определяется потоком энергии, доминирующим источником которой является Солнце. В биосфере энергия солнечного излучения расходуется, трансформируется, связывается. накопителями энергии являются органические вещества. Поток энергии в биосфере складывается из энергии Солнца и внутренней энергии Земли. При этом энергетический обмен охватывает все составные части биосферы, включая и живое вещество.
Все вещества на планете Земля находятся в процессе биохимического круговорота. Выделяют два базовых круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).
· Большой круговорот длится миллионы лет. Горные породы разрушаются, выветриваются и потоками вод сносятся в Мировой океан, где образуют мощные морские напластования.
· Малый круговорот, являясь частью большого, происходит на уровне биогеоценоза и состоит по сути в том, что питательные вещества почвы, воды, воздуха аккумулируются в растениях, расходуются на создание их массы и жизненные процессы в них.
Вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. К примеру, осушение болот, вырубка лесов или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнения приводят к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде под воздействием промышленных стоков вызывает загнивание водоемов и перерасход растворенного в воде кислорода, что препятствует развитию аэробных (потребляющих кислород) бактерий. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в детергентах (синтетические моющие средства), человек нарушает круговорот элементов.
Скорость круговорота биогенных элементов достаточно высока. Время оборота атмосферного углерода составляет около 8 лет. Общее время круговорота азота оценивается более чем в 110 лет, кислорода - в 2500 лет.
Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места͵ времени и скорости процессов по уровням от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием. Это равновесие динамичное и подвижное.
В целом принцип круговорота в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему - ʼʼбиосферуʼʼ, в которой круговорот веществ проявляется в полной мере.
Продуктивность биосферы по одним оценкам достигает 164 млрд. тонн сухого органического вещества в год. По другим оценкам- 83 млрд. тонн в год: 30 - для океанов и 53 - для наземных биомов .
Хотя океан и покрывает 0,7 общей поверхности Земли, его вклад в производство чистой продукции составляет лишь 40 %. Леса, занимающие лишь 0,1 часть площади материков, фиксируют почти половину общей энергии его продуцентами.
Культивируемые земли обладают высокой первичной продуктивностью. Но она несоизмерима с общей первичной продуктивностью леса. Высокая чистая первичная продуктивность, полученная агрономами, не означает прогресса в использовании фотосинтеза.
Ни одна из составляющих биосферу оболочек не может развиваться изолированно от других. Любое качественное изменение одной из них адекватно сказывается на другой. Всеобщий закон сбалансированности биосферы является основным принципом существования всего органического и неорганического мира.
Количество биомассы живого вещества имеет тенденцию к определенному постоянству. Наблюдается примерное планетарное равновесие между продукцией живого вещества и его разложением. Дисбаланс в данный процесс вносят не только (и не столько) любые естественные катастрофические изменения, происходящие на земле, но и хозяйственная деятельность человека, которая может не только быть соизмерима с катастрофически развивающимися природными факторами, но даже превышать уровень их воздействия.
Потеря объёма биомассы при вторичной продуктивности связана с колоссальными затратами энергии на дыхание, мышечную энергию, передвижение и т. д. Чем больше длина пищевой цепи, тем меньше вторичная продуктивность. К примеру, на производство 1 кг говядины требуется 80 кг травы, а для производства 1 кг форели потребуется 5 кг мяса.
Человечество, люди являются частью биосферы. Благодаря постоянно увеличивающемуся производственному воздействию на окружающую среду человек и общество вносят существенные возмущения в биосферу. Биосфера постепенно эволюционирует в ноосферу.
Понятие ноосферы было введено французскими философами Эдуардом Леруа (1870-1954) и Тейаром де Шарденом (1881-1955).
Ближе всех к пониманию ноосферы пришли русские ученые В.И. Вернадский, К.Э. Циолковский (1857-1935) и А.Л. Чижевский (1897-1964).
Существуют узкое и широкое понятия ноосферы :
- В узком понимании единственным ноосферным объектом, определяющим фактором ее развития, выступает человек. При этом ноосфера принято понимать как высший этап развития биосферы, когда естественная и искусственная среда управляются под влиянием и воздействием со стороны разумных преобразований человека.
В случае если принять, что разумная жизнь во Вселенной отнюдь не ограничивается только ее проявлением на Земле, то мы приходим к широкому понятию ноосферы , когда разумная деятельность выходит за рамки только лишь человеческой деятельности. В этом подходе разумная и сознательная деятельность распространяется на всю Вселенную (Космический Разум), а ноосфера выступает как разумная сторона Вселенной.
В.И. Вернадский подчеркивал, что человечество становится мощной геологической силой, способной производить глобальные изменения на Земле. В связи с этим биосфера как область активной жизни превращается в ноосферу - сферу разума.
До появления человека равновесие биосферы определяли пять энергетических факторов :
· сила гравитации,
· тектонические силы,
· химическая энергия,
· биогенная энергия.
Эти пять факторов развивались по геологической шкале времени и за 3,5 млрд. лет сформировали природную среду.
· в настоящее время появился новый фактор - энергия мирового производства (развивается не по геологической, а по исторической шкале времени; от организации производства зависит сохранение или необратимое нарушение подвижного равновесия в биосфере).
В науке существует один из важнейших принципов – принцип совместной коэволюции общества и природы – параллельная, совместная эволюция или историческая адаптация природы и человечества, крайне важно сть гармоничного совместного развития человечества и биосферы (на базе теории ноосферы Вернадского).
Учение о биосфере - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Учение о биосфере" 2017, 2018.
Одним из выдающихся естествоиспытателей, посвятивших себя изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик Владимир Иванович Вернадский (1864-1945). Он является основоположником научного направления, названного им биогеохимией , которое легло в основу современного учения о биосфере.
Исследования В.И. Вернадского привели к осознанию роли жизни и живого вещества в геологических процессах. Облик Земли, ее атмосфера, осадочные породы, ландшафты — все это результат жизнедеятельности живых организмов. Особую роль в становлении лика нашей планеты Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубинах истории.
Будучи выдающимся теоретиком, В.И. Вернадский стоял у истоков таких новых и общепризнанных ныне наук, как радиогеология, биогеохимия, учение о биосфере и ноосфере, науковедение.
В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал книгу «Биосфера», которая ознаменовала собой рождение новой науки о природе и взаимосвязи с ней человека. Биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты: «Биосфера — организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». Ученый установил, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.
В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера является результатом геологического и биологического развития и взаимодействия косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой — результат жизнедеятельности. Специфика современной биосферы — это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ. Вернадский впервые показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс — ми фация химических элементов в биосфере. Эволюция видов, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.
В.И. Вернадский отмечал, что пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. На развитие жизни, а следовательно, на границы биосферы оказывают влияние многие факторы, и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни также слишком высокие или низкие температуры, элементы минерального питания. К ограничивающим факторам можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.
Согласно представлениям Вернадского, биосфера состоит из нескольких разнородных компонентов. Главный и основной — это живое вещество, совокупность всех живых организмов, населяющих Землю. В процессе жизнедеятельности живые организмы взаимодействуют с неживым (абиогенным) - косным веществом. Такое вещество образуется в результате процессов, в которых живые организмы не принимают участия, например, изверженные горные породы. Следующий компонент - биогенное вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняк, мел, лесная подстилка, почвенный гумус и т.д.). Еше одно составляющее биосферы - биокосное вещество — результат совместной деятельности живых организмов (вода, почва, кора выветривания, осадочные породы, глинистые материалы) и косных (абиогенных) процессов.
Косное вещество резко преобладает по массе и объему. Живое вещество по массе составляет ничтожную часть нашей планеты: примерно 0,25 % биосферы. Причем «масса живого вещества остается в основном постоянной и определяется лучистой солнечной энергией заселения планеты». В настоящее время этот вывод Вернадского называется законом константности.
В.И. Вернадский сформулировал пять постулатов, относящихся к функции биосферы.
Первый постулат: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». Другими словами, первобытная биосфера изначально отличалась богатым функциональным разнообразием.
Второй постулат: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте... Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».
Третий постулат: «В общем монолите жизни, как бы ни менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». То есть первичная биосфера была представлена «совокупностями» организмов типа биоценозов, которые и были главной «действующей силой» геохимических преобразований. Морфологические изменения «совокупностей» не отражались на «химических функциях» этих компонентов.
Четвертый постулат: «Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших планетных явлений... — миграцию химических элементов в биосфере», поэтому «на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас».
Пятый постулат: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами».
Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения.
Основные положения учения В.И. Вернадского о биосфере (1863-1945)
К понятию «» (без самого термина) еще в начале XIX в. подошел Ламарк. Позднее (1863 г.) французский исследователь Реют применил термин «биосфера» для обозначения области распространения жизни на земной поверхности. В 1875 г. австрийский геолог Зюсс назвал биосферой особую оболочку Земли, включающую совокупность всех организмов, противопоставив ее другим
земным оболочкам. Начиная с работ Зюсса, биосфера трактуется как совокупность населяющих Землю организмов.
Законченное учение о биосфере было создано нашим соотечественником академиком Владимиром Ивановичем Вернадским . Основные идеи В. И. Вернадского в учении о биосфере сложились в начале XX в. Он излагал их в лекциях в Париже. В 1926 г. его идеи о биосфере были сформулированы в книге «Биосфера», состоящей из двух очерков: «Биосфера и космос» и «Область жизни». Позднее эти же идеи были развиты в большой монографии «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения», которая, к сожалению, была опубликована только через 20 лет после его смерти.
Прежде всего В.И. Вернадский определил пространство, которое охватывает биосфера
Земли, — вся гидросфера до максимальных глубин океанов, верхняя часть литосферы материков до глубины около 3 км и нижняя часть атмосферы до верхней границы тропосферы. Он ввел в науку интегральное понятие живое вещество и стал называть биосферой область существования на Земле «живого вещества»,
представляющего собой сложную совокупность микроорганизмов, водорослей, грибов, растений и животных. По существу, речь идет о единой термодинамической оболочке (пространстве), в которой сосредоточена жизнь и
осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды (пленка жизни). Он показал, что биосфера отличается от других сфер Земли тем, что внутри нее происходит геологическая деятельность всех живых организмов. Живые организмы, преобразуя солнечную энергию, являются мошной силой, влияющей на геологические процессы.
Специфическая черта биосферы как особой оболочки Земли — непрерывно происходящий в ней кругооборот веществ, регулируемый деятельностью живых организмов. По мнению В.И. Вернадского, в прошлом явно недооценивали вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Хотя живое вещество по объему и массе составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Занимаясь созданной им наукой биохимией , изучающей распределение химических элементов по поверхности планеты, В.И. Вернадский пришел к выводу, что нет практически ни одного элемента из таблицы Менделеева, который не включался бы в живое вещество. Он сформулировал три важных биогеохимических принципа:
- Биогенная миграция химических элементов в биосфере всегда стремится к своему максимальному проявлению. Этот принцип в наши человеком дни нарушен.
- Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, происходит в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов.
- Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с окружающей его средой, создающейся и поддерживающейся на Земле космической энергией Солнца. Вследствие нарушения двух первых принципов космические воздействия из поддерживающих биосферу могут превратиться в разрушающие ее факторы.
Перечисленные геохимические принципы соотносятся со следующими важными выводами В.И. Вернадского: каждый организм может существовать только при условии постоянной тесной связи с другими организмами и неживой природой; жизнь со всеми ее проявлениями произвела глубокие изменения на нашей планете.
Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и, в первую очередь, ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат Земли, а последний, в свою очередь, — жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на Земле.
Живое вещество планеты Земля
Главная идея В.И. Вернадского заключается в том, что высшая фаза развития материи на Земле — жизнь — определяет и подчиняет себе другие планетарные процессы. По этому поводу он писал, что можно без преувеличения утверждать, что химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы, всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами.
Если равномерно распределить все живые организмы на поверхности Земли, то они образуют пленку толщиной 5 мм. Несмотря на это, роль живого вещества в истории Земли не меньше роли геологических процессов. Вся масса живого вещества, которое было на Земле, например, в течение 1 млрд лет, уже превышает массу земной коры.
Количественной характеристикой живого вещества является суммарное количество биомассы. В.И. Вернадский, проведя анализы и расчеты, пришел к выводу, что количество биомассы составляет от 1000 до 10 ООО трлн т. Оказалось также, что поверхность Земли составляет несколько меньше 0,0001 % поверхности Солнца, но зеленая площадь ее трансформационного аппарата, т.е. поверхность листьев деревьев, стеблей трав и зеленых водорослей, дает числа совершенно иного порядка — в различные периоды года она колеблется от 0,86 до 4,20% поверхности Солнца, чем и объясняется большая суммарная энергия биосферы. В последние годы аналогичные подсчеты с применением новейшей аппаратуры провел красноярский биофизик И. Гительзон и подтвердил порядок цифр, более полувека назад определенный В.И. Вернадским.
Значительное место в работах В.И. Вернадского по биосфере отведено зеленому живому веществу растений, поскольку только оно автотрофно и способно аккумулировать лучистую энергию Солнца, образуя с ее помощью первичные органические соединения.
Значительная часть энергии живого вещества идет на образование в биосфере новых вадозных (неизвестных вне ее) минералов, а часть захороняется в виде органического вещества, образуя, в конечном счете, залежи бурого и каменного угля, горючих сланцев, нефти и газа. «Мы имеем здесь дело, — писал В.И. Вернадский, — с новым процессом, с медленным проникновением внутрь планеты лучистой энергии Солнца, достигшей поверхности Земли. Этим путем живое вещество меняет биосферу и земную кору. Оно непрерывно оставляет в ней часть прошедших через него химических элементов, создавая огромные толщи неведомых, помимо него, вадозных минералов или пронизывая тончайшей пылыо своих остатков косную материю биосферы».
По мнению ученого, земная кора представляет собой в основном остатки былых биосфер. Даже гранитно-гнейсовый ее слой образовался в результате метаморфизма и переплавления пород, возникших когда-то под воздействием живого вещества. Только базальты и другие основные магматические породы он считал глубинными и по своему генезису не связанными с биосферой.
В учении о биосфере понятие «живое вещество» является основополагающим. Живые организмы превращают космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Своим дыханием, питанием, метаболизмом, смертью и разложением, длящимся сотни миллионов лет, непрерывной сменой поколений они порождают существующий только в биосфере грандиознейший планетарный процесс — миграцию химических элементов.
Живое вещество, согласно теории В. И. Вернадского, — биогеохимический фактор планетарного масштаба, под воздействием которого преобразуется как окружающая абиотическая среда, так и сами живые организмы. Во всем пространстве биосферы происходит порожденное жизнью непрестанное перемещение молекул. Жизнь решающим образом воздействует на распределение, миграцию и рассеяние химических элементов, определяя судьбу азота, калия, кальция, кислорода, магния, стронция, углерода, фосфора, серы и других элементов.
Эпохи развития жизни: протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой отражают не только формы жизни на Земле, но и ее геологическую летопись, ее планетарную судьбу.
В учение о биосфере органическое вещество наряду с энергией радиоактивного распада рассматривается как носитель свободной энергии. Жизнь же рассматривается не как механическая сумма индивидуумов или видов, а как по сути — единый процесс, охватывающий все вещество верхнего слоя планеты.
Живое вещество изменялось в течение всех геологических эпох и периодов. Следовательно, как отмечал В.И. Вернадский, современное живое вещество генетически связано с живым веществом всех прошлых геологических эпох. В то же время в рамках значительных геологических отрезков времени количество живого вещества не подвержено заметным изменениям. Эта закономерность была сформулирована ученым как константное количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода).
Живое вещество выполняет в биосфере следующие биогеохимические функции: газовую — поглощает и выделяет газы; окислительно-восстановительную — окисляет, например, углеводы до углекислого газа и восстанавливает его до углеводов; концентрационную — организмы-концентраторы накапливают в своих телах и скелетах азот, фосфор, кремний, кальций, магний. В результате выполнения этих функций живое вещество биосферы из минеральной основы создает природные воды и почвы, оно создало в прошлом и поддерживает в состоянии равновесия атмосферу.
При участии живого вещества идет процесс выветривания, и горные породы включаются в геохимические процессы.
Газовая и окислительно-восстановительная функции живого вещества тесно связаны с процессами фотосинтеза и дыхания. В результате биосинтеза органических веществ автотрофными организмами было извлечено из древней атмосферы огромное количество углекислого газа. По мере увеличения биомассы зеленых растений изменился газовый состав атмосферы — уменьшилось содержание углекислого газа, и увеличилась концентрация кислорода. Весь кислород атмосферы образован в результате процессов жизнедеятельности автотрофных организмов. Живое вещество качественно изменило газовый состав атмосферы — геологической оболочки Земли. В свою очередь, кислород используется организмами для процесса дыхания, в результате чего в атмосферу вновь поступает углекислый газ.
Таким образом, живые организмы создали в прошлом и поддерживают миллионы лет атмосферу нашей планеты. Увеличение концентрации кислорода в атмосфере планеты повлияло на скорость и интенсивность окислительно-восстановительных реакций в литосфере.
Многие микроорганизмы непосредственно участвуют в окислении железа, что приводит к образованию осадочных железных руд, или к восстановлению сульфатов с образованием биогенных месторождений серы. Несмотря на то, что в состав живых организмов входят те же химические элементы, соединения которых образуют атмосферу, гидросферу и литосферу, организмы не повторяют полностью химический состав среды.
Живое вещество, активно выполняя концентрационную функцию, выбирает из среды обитания те химические элементы и в таком количестве, которое ему необходимо. Благодаря осуществлению концентрационной функции живые организмы создали многие осадочные породы, например, залежи мела и известняка.
В биосфере, как и в каждой экосистеме, постоянно осуществляется кругооборот химических элементов. Таким образом, живое вещество биосферы, выполняя геохимические функции, создает и поддерживает равновесие биосферы.
Эмпирические обобщения В.И. Вернадского
Первым выводом из учения о биосфере является принцип целостности биосферы. Строение Земли представляет собой согласованную систему. Живой мир — единая система, сцементированная множеством цепочек питания и иных взаимозависимостей. Если лаже небольшая часть ее погибнет, разрушится и все остальное.
Принцип гармонии биосферы и ее организованности. В биосфере «все учитывается и все приспособляется с той же точностью и с тем же подчинением мере и гармонии, какую мы видим в стройных движениях небесных светил и начинаем видеть в системах атомов веществ и атомов энергии».
Роль живого в эволюции Земли. Лик Земли фактически сформирован жизнью. «Все минералы верхних частей земной коры — свободные алюмокремниевые кислоты (глины), карбонаты (известняки и доломиты), гидраты окиси железа и алюминия (бурые железняки и бокситы) и многие сотни других — непрерывно создаются в ней только под влиянием жизни».
Космическая роль биосферы в трансформации энергии. В. И. Вернадский подчеркивал важное значение энергии и называл живые организмы механизмами превращения энергии.
Космическая энергия вызывает давление жизни, которое достигается размножением. Размножение организмов уменьшается по мере увеличения их количества. Размеры популяции возрастают до тех пор, пока среда может выдержать их дальнейшее увеличение, после чего достигается равновесие. Численность колеблется вблизи равновесного уровня.
Растекание жизни есть проявление ее геохимической энергии. Живое вещество, подобно газу, растекается по земной поверхности в соответствии с правилом инерции. Мелкие организмы размножаются гораздо быстрее, чем крупные. Скорость передачи жизни зависит от плотности живого вещества.
Понятие автотрофности. Автотрофными называются организмы, которые берут все нужные им для жизни химические элементы из окружающей их костной материи и не требуют для построения своего тела готовых соединений другого организма. Поле существования этих автотрофных зеленых организмов определяется областью проникновения солнечных лучей.
Жизнь целиком определяется полем устойчивости зеленой растительности, а пределы жизни — физико-химическими свойствами соединений, строящих организм, их нерушимостью в определенных условиях среды. Максимальное поле жизни определяется крайними пределами выживания организма. Верхний предел жизни обусловливается лучистой энергией, присутствие которой исключает жизнь и от которой предохраняет озоновый щит. Нижний предел связан с достижением высокой температуры.
Биосфера в основных своих чертах представляет один и тот же химический аппарат с самых древних геологических периодов. Жизнь оставалась в течение геологического времени постоянной, менялась только ее форма. Само живое вещество не является случайным созданием.
«Всюдность» жизни в биосфере. Жизнь постепенно, медленно приспосабливаясь, захватила биосферу, и захват этот не закончился. Поле устойчивости жизни есть результат ее приспособленности в ходе времени.
Закон бережливости в использовании живым веществом простых химических тел. Раз вошедший элемент проходит длинный ряд состояний, и организм вводит в себя только необходимое количество элементов.
Постоянство количества живого вещества в биосфере. Количество свободного кислорода в атмосфере того же порядка, что и количество живого вещества. Живое вещество является посредником между Солнцем и Землей и, стало быть, либо его количество должно быть постоянным, либо должны меняться его энергетические характеристики.
Всякая система достигает устойчивого равновесия, когда ее свободная энергия равняется или приближается к нулю, т.е. когда вся возможная в условиях системы работа произведена.
В. И. Вернадский сформулировал идею автотрофности человека , которая приобрела важное значение в рамках обсуждения проблемы создания искусственных экосистем в космических кораблях. Создание таких искусственных экосистем явится важным этапом развития экологии. В их построении соединяется инженерная цель — создание нового — и экологическая направленность на сохранение имеющегося, творческий подход и разумный консерватизм. Это и будет осуществлением принципа «проектирования вместе с природой».
Пока искусственная экосистема представляет собой очень сложное и громоздкое построение. То, что в природе функционирует само собой, человек может воспроизвести только ценой больших усилий. Но ему придется это делать, если он хочет освоить космос и совершать длительные полеты. Необходимость создания искусственной экосистемы в космических кораблях поможет лучше понять экосистемы естественные.
Сказка о янтаре и предчувствие биосферы
Более 200 лет назад Ломоносов высказал мысль, характеризующую основную установку натуралиста, который, «представляя себе великое пространство, хитрое строение и красоту всея твари, с некоторым священным ужасом и благоговейною любовию почитает Создателеву бесконечную премудрость и силу».
Важна тут не ссылка на Создателя, поскольку Ломоносов в природных явлениях видел проявление великого творчества природы Земли и Космоса. Важен смысл: натуралист должен уметь созерцать Природу «с некоторым священным ужасом и благоговейною любовию».
Да, нашу земную Природу надо знать, постигать и любить. Новейший завет человеку: полюби биосферу как самого себя; заботься о своем обитаемом космическом доме как о себе самом, ибо от его состояния зависит наша судьба.
Именно такое отношение к Природе во многом и предопределило замечательные научные прозрения Ломоносова. В его научных трудах с удивлением обнаруживаешь истоки учения о геологической деятельности живых организмов и биосфере как среде жизни - учения, впервые наиболее основательно разработанного в начале XX века В.И. Вернадским и А.Е. Ферсманом…
Впрочем, следует начать с научной сказки.
В трактате «О слоях земных» Ломоносов привел рассказ малой букашки, обитавшей в незапамятные времена. Приведу эту историю, чуть отредактировав, для легкости чтения придав некоторым архаичным словам и выражениям современный вид, а также выделив абзацы.
Пользуясь летнею теплотою и сиянием солнечным, гуляли мы по роскошным блажным растениям, искали и собирали все, что служит к нашему пропитанию. Услаждались между собою прелестью благо текущего бремени и, следуя разным благобонным запахам, ползали и летали по трабам, листам и деревьям, не опасаясь от них никакой напасти.
И так садились мы на истекшую из дереву жидкую смолу, которая нас привязав к себе липкостью, пленила и, беспрестанно изливаясь, покрыла полностью. Потом от землетрясения опустившееся лесное наше место вылившимся морем покрылось: деревья ниспроверглись, илом и песком покрылись, вместе со смолою и с нами; где долготою времени минеральные соки в смолу проникли, дали большую твердость, и в янтарь претворили, в котором мы получили гробницы великолепнее, нежели знатные и богатые на свете люди иметь могут.
В рудные жилы пришли мы не иначе и не в другое время, как находящееся с нами окаменелое дерево.
Казалось бы, что в этой сказке особенного? Очевидные идеи, научно-популярное сочинение. А это - научное открытие с далекоидущими следствиями, широкими обобщениями глобального масштаба.
Вот что предваряет сказку: «При сем случае не могу преминуть рассуждения, откуда янтарь принял свое начало. Ибо хотя мое намерение единственно простирается к слоям земным; и сие прибавление не может вместить в себе подробного описания вещей в земле находящихся; однако сия материя утомляет рассуждения и не последних мещан ученого общества; из коих большая часть почитают янтарь за подлинное минеральное тело».
Именно такое мнение преобладало в эпоху Ломоносова. И это было вынужденное, можно сказать, мнение; его навязали научному сообществу богословы и традиция европейского Средневековья (тем более что многие из ученых Возрождения и начала Просвещения были священнослужителями). Как мы знаем, сказывались представления о времени от Сотворения Мира, исчисляемого в тысячелетиях, и предания о Всемирном потопе.
Ломоносов привел убедительный довод в пользу правдивости своей сказки: «Мне кажется довольно бы противное тому доказать могли в янтаре включенные… мухи, бабочки, стрекозы мелкие, пауки, муравьи, всякого рода букашки и притом листы и сучки мелочных растений».
Казалось бы, дальнейших доказательств не требуется. «Однако несмотря на то, - продолжал он, - почти все за лучших почитаемые на свете Минерографы пишут, что янтарь произошел в земном недре из соединения кислоты, коя содержится в сере, с земляными и маслеными частицами. Сему первое и легкое опровержение их мнения навстречу поставлю, что еще не един Химик из серной кислоты, из горючей какой-нибудь горной материи и из земли янтаря не составил, и по всему знанию и опытам Химическим видно, что быть тому не можно».
Возможно, он проводил соответствующие опыты или читал о них в научной литературе. Он сообщил, что искусственный янтарь делают обычно из прозрачной смолы с примесью некоторых других веществ. И напоминает, что янтарь находят на морских отмелях Прусского побережья после сильных ветров. Выбрасывают его волны не из морских глубин, а вымывают из прибрежных горных пород. Здесь же находят и обломки окаменелых деревьев.
В Карпатских горах тоже находят янтарь в осадочных слоях и также вместе с окаменелыми деревьями. В Италии случается янтарь в местах, где добывают нефть, а она происходит из каменных углей, в которых встречаются обугленные стволы деревьев.
«Все сие показывает, - заключает он, - что янтарь есть происхождение царства растений… Зажженный янтарь дает благовонной дым как смола кипарисная, и в Российских поморских краях, где его находят, называют морским ладаном. Химические опыты разделяют его на горючее масло, на летучую кислую сухую соль, оставляя в реторте несколько земли, и показывая при перегонке воды не много. Все сие не объявляет в нем никакой минеральной грубости».
Сказка о янтаре поучительна и в методическом смысле. Ломоносов учит понимать азбуку каменной летописи в наиболее простых проявлениях, ибо замурованные в драгоценном прозрачном саркофаге мелкие букашки, можно сказать, говорят сами за себя.
Учтем: когда Ломоносов писал о погружении земной поверхности в результате землетрясений, то имел в виду неощутимые человеком медленные движения. И еще. Рассказав о происхождении янтаря, он сделал обобщение: минеральные тела, в частности металлы, не являются первородной или первозданной материей, а постоянно рождаются в земной коре.
Этим он выступил - пусть не явно - против принятого многими не только обывателями или богословами, но и учеными догмы о творении из ничего земной тверди. Ему было совершенно ясно, что невозможно объяснить с религиозных позиций строение земной коры и происхождение не только янтаря, но и других полезных ископаемых, а также слоев горных пород, некогда отложившихся в море, затем окаменевших и поднятых на поверхность в виде гор и холмов.
(Прославленный философ Вольтер осмеивал такие взгляды, считая, что окаменелые остатки морских организмов оставили в Альпах паломники, шедшие из Палестины и набравшие эти образцы на побережье Средиземного моря.)
…Рудознатцы, горняки, занятые практическими работами, старались не задумываться над сложными теоретическими, как им казалось, загадками происхождения минеральных тел и залежей полезных ископаемых. Тем более избегали они противоречий с традиционными, усвоенными с детства религиозными истинами.
По утверждению Ломоносова, окаменелости и отпечатки некогда живших существ, находимые в разных горных породах, погибли от разных причин, которые действуют на Земле постоянно. Изучая ископаемые остатки, можно восстановить природные условия, в которых они жили. Эти находки свидетельствуют о том, что «великую перемену на земной поверхности» производят наводнения и потопы. Одни «потопления» происходят «от избытку воздушной воды, то есть от сильных и чрезвычайных дождей и крутого растаяния снегу, другие от морей и озер, преступающих берегов своих пределы».
Во втором случае сказываются «земные трясения» или «нечувствительные и долговременные земной поверхности понижения и повышения». Подобные изменения повторялись множество раз в истории Земли и незаметно происходят теперь. Различие возраста горных пород с окаменелостями можно выяснить, изучая чередование слоев, в которых они находятся, а их последовательность видна в колодцах, шахтах и особенно в обрывах по берегам рек.
«Такое воззрение на происхождение окаменелостей, - считал Вернадский, - не было для Ломоносова простым случайным замечанием. Оно было тесно связано с его общим представлением о жизни нашей планеты, и, сколько мне известно, блестящая, хотя не совсем верная концепция Ломоносова не имеет прямых предшественников. Он придавал огромное значение органическому миру в жизни нашей планеты».
Придавая огромное значение «подземному огню», Ломоносов с удивительной проницательностью отмечал важную роль органического мира в жизни нашей планеты. Из продуктов переработки преимущественно растительных остатков происходят, по его мнению, торф, бурые и каменные угли. Последние образуются из торфа медленным превращением его в уголь в земных глубинах благодаря высокой температуре внутренности Земли.
…Помню, четыре десятилетия назад я беседовал с видным советским геологом Н.Б. Вассоевичем, автором теории происхождения нефти и горючего газа в условиях биосферы. Вдруг он достал одну из множества лежащих на его письменном столе книг, нашел нужную страницу и прочел: «Между тем выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в разные расселины и полости, сухие и влажные, водами наполненные…
И сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменное масло, жидовская смола (асфальт. - Р.Б.), нефть, гагат и сим подобные, которые хотя чистотою разнятся, однако из одного начала происходят. Известно из химических опытов, что таких жирных материй перегонка, когда крутым огнем производится, масло выходит черно и густо, напротив того, от легкого огня выходит оное светло и прозрачно».
Это сказал Ломоносов, - торжественно произнес Николай Брониславович. - Вот кто первым постиг тайну происхождения нефти!
Да, и тут Ломоносов был первым. Он пояснял: «По тихим подземного горения действием подняться должна… самая тонкая материя» и, скопившись в «какой-нибудь теплой полости», перерабатывается «вторичным действием, кое Химики ректификациею называют».
Если не обращать внимания на некоторые старинные слова и выражения, то идея Михаила Васильевича вполне отвечает современным воззрениям.
Кто-то может припомнить, что в середине XIX века возникла гипотеза неорганического происхождения нефти, поддержанная авторитетом Д.И. Менделеева. Она не опровергнута до сих пор. Однако если при определенных условиях «неорганическая нефть» образуется в малом количестве, то более или менее значительные залежи нефти и газа обязаны своим происхождением комплексу факторов, а прежде всего переработке органического материала биосферы.
«Я не знаю ни одной теории XVIII столетия, - писал Вернадский, - которая могла бы быть поставлена наряду с этими воззрениями Ломоносова. Точно так же органического происхождения, по его мнению, янтарь - окаменелая смола деревьев. Переходя к еще более близким предметам, он первым затрагивает происхождение чернозема и считает его за продукт гниения наземной растительности, древесной и травяной, отчасти и животных. Точно так же продуктом разрушения организованного мира (главным образом чернозема) он считает органическое вещество шиферов и глин».
Может показаться странным, что когда-то ученые не догадывались об органическом происхождении янтаря и почв. Если не ошибаюсь, еще в Античности было высказано предположение, что янтарь - окаменевшая смола. Но тогда же считали горный хрусталь (кварц) окаменевшим льдом. Все это были предположения, без какого-то ни было обоснования.
«Таким образом, - продолжал Вернадский, - он всюду видит остатки организмов. Их кости и отпечатки превратились в окаменелости, изменили свое вещество, сохранив форму, а бывшее в них не вполне сгоревшее тело дало огромные отложения нефти, каменного угля, торфа, чернозема».
И еще одно замечание Вернадского: «Среди многочисленных космогоний XVIII столетия космологические воззрения Ломоносова во многом оригинальны, так как он всюду принимал во внимание химические факторы, тогда как большинство космогонии основывалось главным образом на механике и физике».
Заметим: в последние полвека в научном сообществе наиболее популярны теории происхождения Вселенной, строения материи, развития Земли, эволюции Жизни и Разума, основанные на данных физико-математических наук.
Учение о биосфере отодвинуто на второй план, а на первый вышли технические науки, удовлетворяющие безмерно растущие материальные потребности наиболее обеспеченных групп населения. И если со времен Ломоносова технические достижения поистине фантастичны, то в познании родной природы Земли успехи невелики, а за последние десятилетия и вовсе ничтожны. Человечество ускоренно разрушает и загрязняет среду жизни. Тем самым подрываются основы нашего бытия.
У Ломоносова, конечно же, сохранялись элементы механистического мировоззрения. Отчасти это оправдано (вспомним приведенное выше суждение Иммануила Канта). Но самое главное: он сознавал величие и непостижимую сложность земной природы, живых организмов. Благоговение перед Природой - такой была основа его мировоззрения (в начале XX века этот принцип экологии провозгласил замечательный немецкий мыслитель Альберт Швейцер).
Из книги Полутораглазый стрелец автора Лившиц Бенедикт Константинович38. ПРЕДЧУВСТВИЕ Расплещутся долгие стены, И вдруг, отрезвившись от роз, Крылатый и благословенный Пленитель жемчужных стрекоз, Я стану тяжелым и темным, Каким ты не знала меня, И не догадаюсь, о чем нам Увядшее золото дня Так тускло и медленно блещет, И не догадаюсь,
Из книги Кэте Кольвиц автора Пророкова Софья АлександровнаПредчувствие счастья Мюнхен гораздо меньше, уютнее, чем необъятный серый Берлин. Тихие воды Изара степенно плывут из густых лесов. Вокруг высокие горы. У подножия величественных склонов бушевал и клокотал художественный Мюнхен. Сюда стекались учиться искусству
Из книги Одна на мосту: Стихотворения. Воспоминания. Письма автора Андерсен Ларисса НиколаевнаПРЕДЧУВСТВИЕ (В ПУТИ) Лишь избранникам дано - не многим - Обновляться с каждою волной… Разве не был месяцем двурогим, Вещим знаком, путь отмечен мой? И глаза молитвенно смотрели На мелькающую рябь воды, И колеса вдохновенно пели, Заметая старые следы. И неслась
Из книги Ольга. Запретный дневник автора Берггольц Ольга ФедоровнаПРЕДЧУВСТВИЕ Нет, я не знаю, как придется тебя на битву провожать, как вдруг дыханье оборвется, как за конем твоим бежать… И где придется нам проститься, где мы расстанемся с тобой: на перепутье в поле чистом иль у заставы городской? Сигнал ли огненный взовьется, иль
Из книги Ноктюрн по доктору Фрейду автора Лобачев Михаил ВикторовичСказка о злом компьютерном волшебнике или Новая сказка о потерянном времени Жил-был злой компьютерный волшебник Глюк. Его давно обижало, что реальность, в которой он жил, называли противным словом «виртуальная». А почему виртуальная? Да потому, что нет никаких измерений,
Из книги Под кровом Всевышнего автора Соколова Наталия НиколаевнаПредчувствие В 1974 году к нашему дому в Гребневе подвели, наконец, сетевой газ. Воду подвели еще в 1960 году, так что появились там все удобства, как в Москве. Батюшка мой ликовал: отпала забота об угле и дровах. Мы поставили газовую печку и решили, что теперь дом наш всю зиму
Из книги Вернадский автора Баландин Рудольф КонстантиновичПредчувствие ноосферы Чувство гармонии пробуждает мелодия. Невидимая, не имеющая зримых форм, она воплощает единство и соразмерность частей.Нечто подобное свойственно кристаллам. Их можно считать застывшей музыкой. А разум позволяет постичь красоту сочетания красок,
Из книги Михаил Лермонтов. Один меж небом и землей автора Михайлов Валерий ФедоровичПредчувствие биосферы Вернёмся на два десятилетия назад от момента публикации первого выпуска «Опытов описательной минералогии». Мы оставили без внимания - как и сам начинающий ученый в ту пору - некоторые детали.…В составе полтавской экспедиции Докучаева Вернадский
Из книги Ленин и Инесса Арманд. Любовь и революция автора Гусейнова ЛилияПредчувствие гибели 1По мнению писателя Александра Дружинина, «последний загадочный год в жизни Лермонтова, весь исполненный деятельности, - сокровище для внимательного ценителя, всегда имеющего наклонность заглядывать в «лабораторию гения», напряженно следить за
Из книги Мой муж – Сальвадор Дали автора Бекичева ЮлияГлава 16. Предчувствие Ивот мы снова в нашей дорогой и холодной России. Нам, соскучившимся по родине, она казалась самой любимой. А мне вдруг страстно захотелось вернуться обратно. Туда где мы были вместе. Ибо здесь мы уже совсем не вместе. Владимир занят делами партии, я
Из книги Шаман. Скандальная биография Джима Моррисона автора Руденская АнастасияXIII Предчувствие В 1936 году чета Дали во второй раз отправилась покорять Америку. Великий мистификатор мог гордиться собой. «Мое второе путешествие в Америку можно было бы назвать официальным началом „славы“. Все картины были распроданы в день выставки.» Сальвадор Дали
Из книги Записки. Из истории российского внешнеполитического ведомства, 1914–1920 гг. Книга 1. автора Михайловский Георгий НиколаевичПредчувствие В маленьком кинозале было тесно и душно. Толпа вокруг шумела, зевала, хрустела чипсами и попкорном, шипела открывающимися банками с газировкой… Потные преподаватели лениво обмахивались папками. Студенты младших курсов, пришедшие поглазеть на выпускников,
Из книги Телевидение. Закадровые нескладушки автора Визильтер Вилен С.Предчувствие взрыва В ту осень дважды приезжал в Петроград из Севастополя, где он постоянно жил с семьёй, мой дядя Н.В. Чарыков: первый раз в начале октября, второй - на рождество, вскоре после убийства Распутина. Оба раза он был около трёх недель и как человек, имевший
Из книги Мерилин Монро. Право сиять автора Мишаненкова Екатерина Александровна Из книги Сквозь время автора Кульчицкий Михаил ВалентиновичПредчувствие Именно Грейс Макки первая сказала Мэрилин, что та обязательно станет актрисой.«Грейс любила Норму Джин и восхищалась ею, – вспоминала Лейла Филд, коллега Грейс Макки по работе. – Если бы не Грейс, не было бы никакой Мэрилин Монро… Грейс восхищалась Нормой
Из книги автораПредчувствие Неужто мы разучимся любить и в праздники, раскинувши диваны, начнем встречать гостей и церемонно пить холодные кавказские нарзаны? Отяжелеем. Станет слух наш слаб. Мычать мы будем вяло и по-бычьи. И будем принимать за женщину мы шкап и обнимать его в
СКАЗКА ОБ УЧЁНОМ ГУСЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАХ ПО ИЗМЕНЕНИЮ БИОСФЕРЫ
Это раньше Учёный Гусь чудаком на Скотном Дворе слыл. А опосля своих научных открытий да намёков на какую-то там премию огромадную отношение к нему враз переменилось. Это ж вам премия, а не хухры-мухры. Да и сам Гусь переменился - теперича не просто ходил, научную свою образованность напоказ выставлял, а кипучей деятельностью занялся. То пришельцев изучает, то тайны прошлого планеты нашей под толстым слоем земли высматривает. То вот фольклор взялся собирать... А нонче и вообще новый, как он говорит, "глобальный эксперимент по изменению биосферы Двора" решил провести. И где ж он только слов-то таких понаходил?! Вот уж точно: на трезвую голову - не вышепчешь.
А эксперимент сей вот в чём заключался: во Дворе, по правую руку от ворот, колодец с незапамятных времен находился, его-то Гусь изменить и собрался. Хозяевам колодец тот, по правде говоря, особливо и не нужен был - им лет пять назад водопровод провели - и холодная тебе вода, и горячая. Потому Хозяева из колодца воду Скотине лишь и давали - не по нраву обитателям Скотного Двора вода с хлоркой пришлась. Вонюча больно. Да сам Хозяин, когда с похмелья иной раз чересчур мается, ведро воды из колодца наберёт, да с размаху её, холоднючую, и бултыхнет себе на голову.
Вот Гусь и решил в порядке улучшения колодец и для иных целей приспособить. Ежели в него, в этот самый колодец, лягух и рыбной мелочи накидать - польза двойная получится. Вот вам и вода, и живность для прокорма. Ну, не всем, конечно, Скотам, а тем, кто этими вещами с удовольствием лакомится - Уткам, к примеру, Гусям, да и Кот Черныш от свежей рыбки точно не откажется. Живность эта там сама плодиться будет, и вылавливать её в узком колодце намного проще - не то, что в Пруду, обширном да глубоком. Зачерпнул с утречка ведром водички из колодца - две три Утки сыты. Зачерпнул ещё ведёрочко - и Черныш полакомился.
Индюк Кеша, староста Двора, идею Гусеву выслушал внимательно, как-никак дело-то пропитания вверенного ему населения касалось. А ежели что получится - так на том и экономию хорошую поиметь можно. А это ужо кое-что. Потому подошёл к мероприятию вдумчиво, с душой и полным одобрением, особливо когда узнал, что затрат никаких и не надобно. Гусь помимо научной базы в проект свой ещё и техническую часть ввёл, как и каким образом в колодец лягухи да мальки попадут.
- Уважаемые Водоплавающие! - торжественно начал в Птичнике свою речь Гусь. - Конечную цель нашего Великого Эксперимента вы уже, конечно, знаете. А вот исполнить сам процесс придётся нам самим, на добровольных условиях. Устроим субботник, и все сообща сотворим великое дело на пользу нам и потомкам нашим. Наловим головастиков и мальков в пруду, да перенесём их в собственных клювах в колодец. И, когда те подрастут и начнут давать потомство, со спокойной душою будем пожинать плоды своих рук. Я так думаю, что все понимают пользу данного эксперимента и приложат все силы на его выполнение. Кстати, староста Кеша самолично пообещал проследить за всеми отлынивающими от субботника и впоследствии к распределению наловленного в колодце их допускать не будет.
- Да мы... Да завсегда! - заволновались Утки и Гуси, услышав про Кешино обещание. - Ежели надо - значит, мы - тоже!
На том и порешили. Некоторые несознательные элементы, правда, сомнения определённые высказали, но Учёный Гусь и их убедил, рассказав о величайших проектах по изменению биосферы - и про создание исскуственных морей, и про тоннель под каким-то там Ла-Маншем, и про поворот сибирских рек. Тут уж и последние сомневающиеся припухли. Моря, реки, тоннели - эвон, какие махины! Что уж, мы какой-то колодец не осилим? Да запросто!
Мелочь из пруда отлавливали весь день. Дружно так, всем гамузом, хотя и суетливо да бестолково. Более половины мальков да головастиков впопыхах клювами передавили, а коих, так до места и не донеся, с непривычки нечаянно проглатывали. Но к вечеру изрядное количество в экспериментальный колодец понабросали. Справились. И, довольные, разошлись, мечтая о том, как через пару недель пропитание деликатесное вёдрами черпать будут.
Однако ж на следующий день Хозяин, с тяжёлого бодуна поутру мучаясь, решил себе ведёрко студёной водички на голову плеснуть. Так и сделал. А из ведра-то лягухи да головастики и так и посыпались. А одна, самая здоровенная, на макуху ему пристроилась, да смачно так, громко квакнула. Хозяина, бедолагу, аж передёрнуло всего. Страсть, как он лягухами брезговал. Вот он сгоряча этот самый "запоганенный" колодец-то и засыпал.
Пришлось Скотам по воду на речку иль на пруд переться. Далеко это, не то, что ранее - всё под боком было. Идут-бредут сердитые, Гуся с его экспериментом, на чём свет клянут. А тот только и оправдываться успевает. Мол, это ж задумка-то была для общей пользы и всехнего благоденствия. Кто ж знал, что хорошее дело так повернуться может?
А Белый Крыс в мемуары свои историю сию под специальным заголовком поместил: "Не плюй в колодец - пригодится воды напиться!" Гусь на него даже пообжался малость, а что толку? Это он уж потом понял, что эксперимента с биосферой делать надобно осторожно и вдумчиво, со всех сторон не один раз все последствия просчитав.
Тут и сказочке конец.
Биосфера, согласно учению академика В.И. Вернадского, представляет собой наружную оболочку Земли, включающую все живое вещество и область его распространения (среду обитания). Верхняя граница биосферы — защитный озоновый слой в атмосфере на высоте 20—25 км, выше которого жизнь невозможна ввиду воздействия ультрафиолетового излучения. Нижней границей биосферы являются: литосфера до глубины 3—5 км и гидросфера до глубины 11—12 км (рис. 1.3).
Р ис 1.3. Строение биосферы (по В.И. Вернадскому)
Компоненты биосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера — выполняют важнейшие функции по обеспечению жизни на Земле.
Биосфера возникла около 4,5 млрд лет назад и прошла несколько этапов эволюционного развития: от первоначального круговорота органического вещества к биологическому круговороту — непрерывному обмену веществом и энергией между живыми организмами и окружающей средой в течение всей жизни организмов и после их смерти.
Важнейшими компонентами биосферы являются:
Живое вещество (растения, животные, микроорганизмы);
Биогенное вещество органического происхождения (уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.);
Косное вещество (горные породы неорганического происхождения);
Биокосное вещество (продукты распада и переработки горных пород живыми организмами).
По В.И. Вернадскому, живое вещество является носителем свободной энергии биосферы и связано с неживым веществом биогенной миграцией атомов. Биомасса сухого вещества живых организмов Земли, включающих около 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных, чрезвычайно велика и составляет, примерно, 2,4232*10 12 т. Ежегодный прирост живого вещества на Земле составляет около 8,8*10 11 т. Через эти живые организмы прошло большое количество элементов верхней части литосферы, атмосферы и гидросферы.
Важным во взаимоотношениях организмов является пищевой — трофический фактор (от греч. trophe — пища). Первичное органическое вещество создают зеленые растения {продуценты — производители), используя солнечную энергию. Они потребляют углекислый газ, воду, соли и выделяют кислород.
Потребителей (консументов) можно разделит на два порядка:
I — организмы, питающиеся растительной пищей;
II — организмы, питающиеся животной пищей.
Редуценты (восстановители) — организмы, питающиеся разлагающимися организмами, бактерии и грибы. Здесь особенно велика роль микроорганизмов, до конца разрушающих органические остатки и превращающих их в конечные продукты (минеральные соли, углекислый газ, воду, простейшие органические вещества), поступающие в почву и вновь потребляемые растениями.
Все животные и растения избирательны к составу пищи в зависимости от необходимости в тех или иных минеральных элементах. Животные и растения — необходимые факторы среды по отношению к другим животным и растениям, они взаимно необходимы.
Любой организм приспособлен к существованию в достаточно узких пределах изменения условий окружающей среды, причем выход параметров среды за сложившиеся границы влечет за собой угнетение жизнедеятельности данного вида или его гибель. Границы распространения организма (ареал) обусловлены соблюдением необходимых требований данного организма к условиям (факторам) среды. Каждый вид занимает то место, которое обусловлено его требованиями к территории, пище, воспроизводству и другими функциями организма. Эта совокупность параметров среды для обитания вида, место, занимаемое им в биосфере, называется экологической нишей. Все факторы в экологической нише взаимосвязаны: изменение одного из них влечет за собой изменение других.
Способность живых организмов адаптироваться к факторам среды характеризуется экологической валентностью, или пластичностью.
Живые организмы находятся в постоянном взаимодействии с окружающей средой, состоящей из множества меняющихся во времени и пространстве явлений, условий, элементов, называемых экологическими факторами среды. Это любые условия окружающей среды, оказывающие длительное или кратковременное влияние на живые организмы, реагирующие на эти влияния приспособительными реакциями. Они делятся на абиотические (факторы неживой природы) и биотические (факторы живой природы). Принятый сегодня вариант классификации экологических факторов среды представлен в табл. 1.2.
Таблица 1.2Классификация экологических факторов среды
|
Абиотические |
Биотические |
|
Климатические: свет, температура, влага, движение воздуха, давление |
Фитогенные: растительные организмы |
|
Эдафогенные («эдафос» — почва): механический состав, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность |
Зоогенные: животные |
|
Орографические: рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона |
Микробиогенные: вирусы, простейшие, бактерии, риккетсии |
|
Химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растворов |
Антропогенные: деятельность человека (в том числе строительная) |
Характеристики основных абиотических факторов, которые необходимо учитывать при реставрации памятников архитектуры, приведены в Приложении 1.1. Это состав атмосферы; соотношение баллов 12-ти бальной сейсмической шкалы с магнитудой землетрясений; сейсмическая шкала; шкала силы ветра.
Биотические экологические факторы определяют взаимоотношения организмов. Указанные факторы в этом случае называют трофическими, т.е. пищевыми.
Экологические факторы под действием вновь полученных химических веществ, которых нет в природе, и техногенных компонентов, созданных человеком, сильно изменены. Появляются вещества-загрязнители, что приводит к нарушению сапрофитного (поддерживающего равновесие в экосистеме) взаимодействия в природной среде. Это часто сопровождается гибелью животных, растений, приводит к нарушению функций, гибели всего живого и опустыниванию земли. Преобладающими видами в микробиоте становятся патогенные микроорганизмы, которые можно отнести к биологическим загрязнителям. Негативно изменяется состав атмосферы, повышается агрессивность подземных и грунтовых вод. На планете наблюдаются потепление, нарушение озонового слоя, учащаются кислотные дожди.
Все перечисленные факторы оказывают влияние не только на живые организмы (в том числе и человека), но и на памятники, и неучет даже одного из них может сказаться на качестве реставрации и даже привести к гибели памятника.
Живые организмы в природе существуют в виде популяций — исторически сложившихся естественных совокупностей особей данного вида, связанных взаимоотношениями и адаптацией в условиях определенного района или иного места обитания (биотопа). В естественных природных условиях численность и плотность популяции неслучайны, они определяются регулирующими (управляющими) экологическими факторами. Способность среды поддерживать нормальную жизнедеятельность организма или популяции называется емкостью экоси стемы.
Экологическая система (экосистема) — это совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования. В экосистеме связаны биоценоз (сообщество совместно живущих организмов) и биотоп (среда обитания). Основные типы природных экосистем на Земном шаре перечислены на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Основные типы природных экосистем
Академик В.Н. Сукачев предложил понятие биогеоценоз (от греч. биос — жизнь, Гея — Земля, ценоз — общий) — природная система живых организмов и окружающей их абиотической среды, связанная обменом — веществами, энергией и информацией. Сейчас термины «экосистема» и «биогеоценоз» принято считать практически синонимами.
В состав биогеоценоза входят:
Растительный компонент (фитоценоз);
Животный компонент (зооценоз);
Микроорганизмы (микробиоценоз);
Почва и почвенно-грунтовые воды, во взаимодействии с растительным, животным компонентами и микроорганизмами образующие эдафотоп;
Атмосфера, которая, взаимодействуя с другими компонентами, образует климатоп;
Неживая природа, представляющая собой косное вещество — экотоп.
Таким образом, биогеоценоз — пространственно обособленная, целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны между собой. Основными компонентами биогеоценоза являются три группы организмов — растения, животные и микробы, с помощью которых вещества движутся от одного компонента к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе.
Экологические компоненты биогеоценоза (или ландшафта, или средообразующие компоненты) в экологии рассматриваются как основные материально-энергетические составляющие экологических систем. К ним, по Н.Ф. Реймерсу (рис 1.5.), относятся: энергия, газовый состав (атмосфера), вода (жидкая составляющая), почвосубстрат, автотрофы-продуценты (растения) и организмы — гетеротрофы (консументы и редуценты). Сегодня к этому перечню экологических компонентов прибавляют информацию.
Рис. 1.5. Экологические компоненты (по Н.Ф. Реймерсу)
В то же время все экологические компоненты являются природными ресурсами, качество которых определяет качество жизни человека, а антропогенное нарушение взаимодействий между ними может это качество снизить.
В реальных экосистемах круговорот обычно бывает незамкнутым, так как часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть поступает извне. Но в целом принцип круговорота в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере — жизнь на Земле возникла миллиарды лет назад, и если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, их запасы давно исчерпались бы и жизнь прекратилась.
Вмешательство человека отрицательно влияет на процессы круговорота. Например, вырубка лесов или нарушение процессов ассимиляции веществ растениями в результате загрязнений приводят к снижению интенсивности усвоения углерода. Избыток органических элементов в воде, возникающий под действием промышленных стоков, вызывает загнивание водоемов и перерасход растворенного в воде кислорода, что исключает возможность развития здесь аэробных (потребляющих кислород) бактерий. Сжигая ископаемое топливо, фиксируя атмосферный азот в продуктах производства, связывая фосфор в синтетических моющих средствах человек нарушает круговорот этих элементов.
Круговорот веществ в природе подразумевает общую согласованность места, времени и скоростей процессов, идущих на разных уровнях — от популяции до биосферы. Такую согласованность явлений природы называют экологическим равновесием; это равновесие подвижное, динамическое.
В экологической системе (без вмешательства человека) поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Человек в процессе своей деятельности постоянно воздействует на экосистему в целом, а также на ее отдельные звенья. Это может проявляться в виде введения в экосистему новых компонентов, в том числе загрязняющих веществ, либо уничтожения отдельных компонентов (отстрел животных, вырубка лесов и т.д.). Не всегда и не сразу эти воздействия ведут к распаду всей системы, нарушению ее стабильности. Но сохранение системы не означает, что она осталась неизменной. Система трансформируется, и оценить количество и направление возникших изменений крайне сложно.
В результате производственной деятельности человека возник новый процесс обмена веществ и энергией между природой и обществом (при сохранении биологического обмена) — антропогенный обмен, который существенно изменяет общепланетарный круговорот веществ, резко ускоряя его. Антропогенный обмен отличается от биотического круговорота своей незамкнутостью, он носит открытый характер. На входе антропогенного обмена находятся природные ресурсы, а на выходе — производственные и бытовые отходы. Экологическое несовершенство антропогенного обмена заключается в том, что коэффициент полезного использования природных ресурсов, как правило, чрезвычайно низок, а отходы производства загрязняют природную среду. Более того, многие из них не разлагаются до природного состояния. Масштабы и скорость антропогенного обмена резко возрастают, вызывая заметное напряжение в биосфере.
На последнем этапе развития биосферы в мощную силу превратилась человеческая деятельность, необратимо и целенаправленно меняющая природную среду. Сформировалась биотехносфера — следствие социального и научно-технического развития человечества. Взаимоотношения между природой и человеком во многих случаях несбалансированы, ведут к угнетению окружающей среды (в частности, разрушению среды архитектурно-исторической), что может привести к деградации биосферы.
Сформированную строителями новую систему можно назвать природно-техногенной (ПТС). Процесс ее формирования, если он не откорректирован в соответствии с экологическими компонентами (другими словами, в соответствии с законами развития экосистемы), как правило, приводит к нарушению естествен-
ных взаимодействий в природной системе, в основном, за счет привнесения в нее «чуждых» компонентов, которые могут быть восприняты экосистемой как загрязнители. Недоучет этих взаимодействий при осуществлении строительной деятельности недопустим, так как он приводит к снижению качества строительства и ухудшает качество среды проживания.
Экологически необоснованная деятельность строителей и реставраторов наносит невосполнимый ущерб природному ландшафту и информационному компоненту экосистемы. Как отмечает Пруцын О.И., происходит разрушение архитектурно-исторической среды*: «Нарушается силуэтность пространственных композиций, гармоничная соподчиненность всего построения, ансамблевое единство. Силуэтность и пропорциональность, достигнутые в историческом периоде, необходимо полностью сохранить, ибо, благодаря классическим соотношениям они могут легко сочетаться с любой предстоящей застройкой».
Не следует забывать, что ландшафт — это всеобъемлющая и вневременная реальность, в которой существовал человек в доурбанистическую эпоху. Именно безукоризненное чувство ландшафта было присуще людям в прошлые века, когда постройки срастались с природным окружением. Архитектура прошлого и сегодня представляет собой школу мастерства зодчества и градостроительства на Руси. Уже начиная с XI в. власти города обязывали застройщиков соблюдать градостроительные правила и законы, регулирующие взаимосвязь между архитектурой и природой. На Руси с XI в. действовал византийский «Закон градский», записанный в кормчих книгах**. Среди его положений были, например, такие: «Только тогда здание можно увидеть по-настоящему, когда оно располагается на стройном месте. Прежде чем строить, осмотри внимательно местность. Выбери такое место, чтобы здание не мешало природе». Или такие: «...повелеваем, чтобы обновляющий ветхий двор не отнимал у соседа света и не лишал его их вида, не изменял первоначального образа»; «...не загораживай насильственно вида соседу, если он прямо видит море, стоя на своем дворе». И сегодня в строительной и реставрационной деятельности основополагающей должна стать «природная» логика.
На этапе развития разумного отношения к сохранению природы должно произойти постепенное превращение биотехносферы в ноосферу — сферу разума, которая, по В.И Вернадскому, является неизбежным и закономерным этапом развития биосферы.
Доказательством начала такого превращения является принятая ООН концепция «устойчивого развития», «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации», напрямую связанная с понятием «устойчивость экологическая». Последняя подразумевает способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов. Нередко «устойчивость экологическая» рассматривается как синоним экологической стабильности.
Ниже рассмотрены основные понятия и требования, относящиеся к категории экологической устойчивости. Их понимание необходимо для решения актуальных задач природопользования в сферах строительной и реставрационной деятельности, создания комфортной среды проживания и определения стратегии деятельности в сфере «устойчивого развития», «устойчивого строительства», «устойчивой реставрации».
* Пруцын О., Рымашевский Б., Борусевич В. Архитектурно-историческая среда. — М.: Стройиздат, 1990.
** Алферова Г.В. Кормчая книга как ценнейший источник древнерусского градостроительного искусства//Византийский временник, 1973. - Т. 35.
