Учение В.И. Вернадского о биосфере
В начале XX века академик Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) разработал теорию, названную им биогеохимией, которая легла в основу современного учения о биосфере. Им были подняты проблемы совместной эволюции человека и биосферы с позиции развития Земли как космического тела. Уже в то время Владимир Иванович старался познать и раскрыть роль человека в естественноисторическом процессе.
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. Особую роль в становлении лика нашей планеты Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубинах человеческой истории.
В 1926 году Вернадский опубликовал в Ленинграде книгу под названием «Биосфера», которая ознаменовала рождение новой науки о природе, о взаимосвязи с ней человека. В этой книге впервые биосфера показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты. «Биосфера - организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». В работах по биосфере ученый показал, что живое вещество во взаимодействии с 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 показал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс - миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, отмечал ученый, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогеннной миграции атомов.
Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, ее наружную оболочку, населенную организмами, составляющими в совокупности живое вещество. Она включает - нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы Земли, населенные живыми организмами. Оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба. Биосфера - самая крупная (глобальная) экосистема Земли - область системного взаимодействия живого и косного вещества на планете.
В.И.Вернадским был определен вещественный состав биосферы, куда он включил него семь глубоко разнородных природных, но геологически не случайных частей:
1) живое вещество;
2) биогенное вещество (горючие ископаемые, известняки и т.д., т.е. вещество создаваемое и перерабатываемое живыми организмами);
3) косное вещество (образуется без участия живых организмов - твердое, жидкое и газообразное);
4) биокосное вещество (создается совместно процессами неорганической природы и живыми организмами - вода, почва, кора выветривания, илы);
5) вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);
6) рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;
7) вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др.
Биосферу необходимо представлять как сложнейший механизм геологического и биологического развития и взаимодействия косного и биогенного вещества. Биосфера - с одной стороны среда жизни, а с другой - результат жизнедеятельности. Главная специфика современной биосферы - это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ.
Разрабатывая учение о биосфере Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только зеленые растения способны перехватывать энергию солнечного излучения и создавать первичные органические соединения. Для объяснения большой суммарной энергии биосферы Вернадский произвел расчеты, которые действительно показали огромное значение фотосинтезирующих растений в создании общей органической массы. Ученый подсчитал, что поверхность Земли составляет меньше одной десятитысячной поверхности Солнца. Общая же площадь трансформационного аппарата зеленых растений в зависимости от времени года составляет уже от 0,86 до 4,2% площади поверхности Солнца. Разница колоссальная. Этот зеленый энергетический потенциал и лежит в основе сохранения и поддержания всего живого на нашей планете.
Живое вещество биосферы
Одним из центральных звеньев концепции биосферы является учение о живом веществе. Анализируя проблему миграции атомов, В.И.Вернадский пришел к выводу, что «нигде не существуют органические соединения, независимые от живого вещества». Позже он формулирует понятие живого вещества: «Живое вещество биосферы есть совокупность ее живых организмов... Я буду называть совокупность организмов, сведенных к их весу, химическому составу и энергии, живым веществом».
Живое вещество - совокупность живых организмов биосферы, численно выраженная в элементарном химическом составе, массе и энергии.
Главное предназначение живого вещества и его неотъемлемый атрибут - накопление свободной энергии в биосфере. Обычная биогеохимическая энергия живого вещества производится, прежде всего, путем размножения.
В 30-е годы В.И. Вернадский из общей массы живого вещества выделяет человечество, как его особую часть. Такое отособление человека от всего живого стало возможным по трем причинам. Во-первых, человечество является не производителем, а потребителем биогеохимической энергии. Во-вторых, масса человечества, исходя из данных демографии, не является постоянным количеством живого вещества. И, в-третьих, его геохимические функции характеризуются не массой, а производственной деятельностью.
Какие же характерные особенности присущи живого вещества? Прежде всего, это огромная свободная энергия. В процессе эволюции видов биогенная миграция атомов, т.е. энергия живого вещества биосферы, увеличилась во много раз, и продолжает расти, ибо живое вещество перерабатывает энергию солнечных излучений. Живому веществу присуща также высокая скорость протекания химических реакций по сравнению с веществом неживым, где похожие процессы идут в тысячи и миллионы раз медленнее. К примеру, некоторые гусеницы в сутки могут переработать пищи в 200 раз больше, чем весят сами, а одна синица за день съедает столько гусениц, сколько весит сама.
Для живого вещества характерно то, что слагающие его химические соединения, главнейшими из которых являются белки, устойчивы только в живых организмах. После завершения процесса жизнедеятельности исходные живые органические вещества разлагаются до химических составных частей.
Живое вещество существует на планете в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему вновь образовавшееся, оно генетически связано с живым веществом прошлых эпох. Это - главная структурная единица биосферы, определяющая все другие процессы поверхности земной коры. Для живого вещества характерно наличие эволюционного процесса. Генетическая информация любого организма зашифрована в каждой его клетке. При этом этим клеткам изначально предначертано быть самими собой, за исключением яйцеклетки, из которой развивается целый организм.
Круговорот отдельных веществ В.И.Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Эти циклы и круговорот обеспечивают важнейшие функции живого вещества в целом . Ученый выделил пять таких функций.
Газовая функция. Осуществляется зелеными растениями, выделяющими кислород в процессе фотосинтеза, а также всеми растениями и животными, выделяющими углекислый газ в результате дыхания. Происходит также круговорот азота, связанного с деятельностью микроорганизмов.
Концентрационная функция. Проявляется в способности живых организмов накапливать в своих телах многие химические элементы (на первом месте стоит углерод, среди металлов – кальций).
Окислительно-восстановительная функция. Выражается в химических превращениях веществ в процессе жизнедеятельности организмов. В результате этого образуются соли, окислы, новые вещества. С данной функцией связано формирование железных и марганцевых руд, известняков и т.п.
Биохимическая функция. Определяется как размножение, рост и перемещение в пространстве живого вещества. Все это приводит к круговороту химических элементов в природе, их биогенной миграции.
Функция биогеохимической деятельности человека. Человек в своей хозяйственной деятельности разрабатывает и использует для своих нужд большое количество веществ земной коры, в т.ч. таких как уголь, газ, нефть, торф, сланцы, многие руды.