Биогеохимические принципы В.И.Вернадского
1. Биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению. Прогрессивная эволюция любой экосистемы ведет к увеличению суммарного протока энергии через нее. Эта закономерность проявляется в способности живого к распространению, развитию, во «всюдности жизни».
2. Эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идет в направлении, усиливающем биогенную миграцию атомов. Согласно этому принципу преимущества в ходе эволюции получают те организмы, которые приобрели способность усваивать новые формы энергии или «научились» полнее использовать химическую энергию, запасенную в других организмах.
3. Живое вещество находится в непрерывном химическом обмене с космической средой, его окружающей, и создается и поддерживается на нашей планете космической энергией Солнца. Этот принцип очень важен для понимания тех процессов, которые обычно называют «самоорганизацией биологических структур».
Ноосфера
Термин «ноосфера» впервые появился в 1926-1927 г.г. в статьях французских ученых П. Тейяра де Шардена и Эжена Леруа, написанных после того, как они прослушали в Сорбонне курс лекций В.И.Вернадского по проблеме гео- и биогеохимии. Сам Вернадский начал использовать этот термин позднее. За год до смерти им написана статья «Несколько слов о ноосфере», в которой приводятс доказательства, что разумная деятельность человека – не только его внутреннее дело. Биосфера переходит в новую стадию – ноосферу (что означает «мыслящая оболочка» или «сфера разума»), для которой характерна тесная взаимосвязь законов природы с социально-экономическими законами.
Ноосфера – результат совместной эволюции природы и общества, но необходимо изменить ценности общества. В будущем - достижение человеком автотрофности (независимость от органических ресурсов).
Предпосылки создания ноосферы:
- человечество стало единой силой, его история охватила весь земной шар;
- постоянный материальный и информационный обмен между составляющими ноосферу;
- открыты новые источники энергии;
- ноосферу создают разум и труд народных масс, поэтому особенно важен подъем благосостояния трудящихся;
- ноосфера не может быть привилегией какой-либо нации или расы, она – дело рук и разума всех народов;
- только уничтожение угрозы войны позволит человечеству сделать крупный шаг к созданию ноосферы.
Сложные взаимоотношения, поддерживающие устойчивый круговорот веществ, а с ним и существование жизни как глобального явления нашей планеты, сформировались на протяжении длительной геологической истории Земли. В последнее время положение резко изменилось. В течение одного столетия стремительный прогресс науки и техники привел к тому, что по масштабам влияния на биосферные процессы деятельность человечества стала сопоставимой с естественными факторами, определявшими развитие биосферы на протяжении предыдущей ее истории.
В наши дни вступает в силу разработанная акад. В.А.Вернадским концепция ноосферы[1]- сферы ведущего значения человеческого разума. «Человечество, взятое в целом, - писал В.И.Вернадский, - становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом встает вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».
Мысль о роли человечества, на базе научных знаний преобразующего биосферу на благо каждого человека, не оставляла В.И.Вернадского весь последний период его жизни. «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете», - писал он в той же статье «Несколько слов о ноосфере» (1944). «В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни» (В.И.Вернадский, 1967. С. 356).
К сожалению, концепция В.И.Вернадского о человеческом разуме как ведущей силе преобразования биосферы пока оправдалась лишь частично. Действительно, прогресс разума в виде научных, технических и технологических достижений дал в руки человека силы, достаточные для изменения биосферных процессов, извлечения непосредственной пользы из ресурсов биосферы. Того же разума не хватило, чтобы эксплуатировать эти ресурсы, не входя в противоречие естественными законами существования биосферы как единого целого. В результате современное человечество, обладая огромными возможностями, реализует их (притом не всегда это понимая) против собственных интересов, нарушая сложившиеся за многие миллионы лет эволюции взаимоотношения, поддерживающие устойчивость биосферы.
Характер и масштабы влияния человека на окружающую его среду определяются двойственностью его положения в биосфере. С одной стороны, человек – биологический объект, входящий в общую систему круговорота и необходимо связанный со средой сложной системой трофических и энергетических взаимодействий и адаптаций. В этой системе связей человек как вид занимает нишу гетеротрофного консумента – полифага с аэробным типом обмена.
С другой стороны, человечество представляет собой высокоразвитую социальную систему, которая предъявляет к среде широкий круг небиологических требований, вызванных техническими, бытовыми, культурными потребностями и прогрессивно возрастающих по мере развития науки, техники и культуры. В результате масштабы использования естественных (прежде всего биологических) ресурсов существенно превышают чисто биологические потребности человека. В связи с этим возникает ситуация переэксплуатации биологических ресурсов, нарушаются естественные трофические связи, возрастает доля органического вещества, не возвращаемого в круговорот.
Социально-технические потребности человека связаны с отчуждением из окружающей природы веществ, которые не входят в биогенный круговорот и соответственно не возвращаются в исходное состояние и не возобновляются. Так возникает проблема невозобновимых ресурсов. В свою очередь, многие продукты технологической переработки биогенных и абиогенных веществ также не включаются в круговорот: не имея специфических биологических деструкторов, они не разлагаются, а накапливаются как загрязнители биосферы. Таким образом, в принципе загрязнение биосферы – прямое следствие современных форм хозяйства. Токсичность многих продуктов, выводимых в окружающую среду, нарушает структуру и функции естественных биологических систем, т.е. в конечном итоге нарушает биологические условия жизни человека.
Наступает кризисная ситуация: человечество как социальная система функционирует намного шире, чем как биологическая, нарушая сбалансированный в процессе эволюции биологический круговорот. В результате неизбежно ухудшается качество среды. Выход видится в использовании разума человечества (в виде суммы знаний и технологических разработок) не только для эксплуатации естественных ресурсов, но и для сохранения и умножения. Сложившаяся ситуация не может быть изменена естественными эволюционно сформировавшимися системами регуляции на разных уровнях организации живой материи. Решение проблемы предусматривает активное регулирующее вмешательство человека в биосферные процессы. Вплоть до направленного контроля численности и биологической активности экономически значимых видов и формирования искусственных экосистем с заданными свойствами. В основе решения этой задачи должны лежать глубокие знания естественных законов формирования и функционирования биологических систем различного ранга.
В подходе к этим проблемам намечаются два аспекта. Первый связан с изучением механизма влияния антропогенных воздействий на биологические системы, адаптивных реакций последних на воздействия, диапазонов приспособляемости биологических систем к отдельным факторам и их комплексам. По существу, это проблема устойчивости биологических систем к средовым и антропогенным факторам. Полученные данные открывают возможность разработки экологических параметров оценки состояния систем, а также нормативов хозяйственной нагрузки, предельно допустимых доз вредных веществ, квот изъятия объектов эксплуатации и т.п.
Второе: даже в отсутствие прямых воздействий на природные системы человечество всей своей повседневной деятельностью меняет условия их существования. Изменение ландшафтов, режим вод, непредумышленный завоз многих видов за пределы естественных ареалов, как и многие другие воздействия, ведут к перестройке состава и структуры экосистем. Города и промышленные районы, агроценозы и биокультуры – новые экосистемы, возникшие на технологической основе, но живущие по экологическим законам. Встает задача сознательного управления экологическими системами с целью повышения продуктивности, конструирования устойчивых в условиях антропогенных ландшафтов экосистем различного целевого назначения.
В ноосфере действует сложный комплекс факторов, включающий технологические, экономические, политические, юридические, моральные и иные социальные аспекты и порождающий новые подходы к динамике природных комплексов. Но в основе биосферных процессов и в этих новых условиях по-прежнему остаются биологические законы поддержания жизни как планетарного явления. Эта идея начинает проникать в сознание людей. Принцип биологического императива (Т.Сутт, 1988), основывающийся на понимании того, что выживание человека возможно лишь при сохранении жизни на Земле, приобретает все больше последователей. Это дает надежду, что на базе познания фундаментальных экологических закономерностей, с использованием современных научных и технических достижений, удастся сконструировать систему гармонического взаимодействия человечества и живой природы.
Л.Н.Гумилев трактует ноосферу как «сферу разума, продуктом которой является техника в самом широком смысле, включающем науку, искусство и литературу как кристаллизацию деятельности разума». С этой точки зрения была ноосфера кроманьонцев, шумеров, эллинов, ацтеков.
Концепция перехода России к устойчивому развитию завершается словами:
«Движение человечества к устойчивому развитию в конечном счете приведет к формированию предсказанной В.И.Вернадским сферы разума (ноосферы), когда мерилом национального и индивидуального богатства станут духовные ценности и знания Человека, живущего в гармонии с окружающей средой.»
Контрольные вопросы
1. Чем различаются большой и малый круговороты веществ?
2. Какой процесс лежит в основе большого круговорота веществ?
3. Какие процессы лежат в основе малого круговорота веществ?
4. Что называют биогеохимическими циклами?
5. В чем различие газообразных и осадочных биогеохимических циклов?
6. Назовите основные планетарные резервуары углерода.
7. В результате каких процессов происходит поступление углекислого газа в атмосферу?
8. Назовите процессы, в результате которых углекислый газ связывается.
9. Какие процессы лежат в основе круговорота углерода?
10. Назовите основные биотические процессы, участвующие
в формировании глобального цикла азота.
11. Какие организмы могут усваивать газообразный азот
из атмосферы? Как называется этот процесс?
12. Какие химические процессы служат источником энергии при микробиологической фиксации молекулярного азота?
13. Какого рода процессы относятся к нитрификации?
К денитрификации?
14. Назовите основные планетарные резервуары серы.
15. Какие процессы лежат в основе круговорота серы?
16. Перечислите основные соединения серы, выделяемые
в атмосферу в результате деятельности почвенных микроорганизмов.
17. Какова суть процесса микробиологического выщелачивания сульфидных минералов?
18. Какова роль фосфора в биологических процессах?
[1] От греч. noesis – мышление, разум.