7528

101

Земли в термосфере, где давление воздуха составляет ~2×10−8 мм рт. ст. На этой же высоте отражаются длинные радиоволны. При сильных всплесках

солнечной активности рентгеновское излучение проникает в нижние слои атмосферы на высоте 80-100 км и вызывает нарушение связи на коротких волнах. Ближнее ультрафиолетовое излучение с длинами волн 310-490 нм способно проникать в стратосферу до высоты 30-35 км над поверхностью Земли. На этой высоте оно вызывает диссоциацию молекул кислорода с последующим образованием озона:

О2 + hn ® 2 О О2 + О ® О3

Озон в свою очередь создает непрозрачный для ультрафиолетового излучения экран, предохраняющий жизнь на земле от гибельных лучей нашего светила:

О3 + hn ® О2 + О

Лишь некоторая часть ультрафиолетовых лучей достигает поверхности Земли.

Излучение в видимом диапазоне слабо поглощается атмосферой. Оно рассеивается, отражаясь от облаков и капелек воды. Поэтому только половина видимого света, падающая на планету, доходит до поверхности. Достиг-

103

спутниками (известно больше 60) и более 5 тыс. малых планет или астероидов, в солнечную систему входит несколько сот наблюдавшихся комет и бесчисленное множество метеорных тел.

В состав планет земной группы входят Меркурий, Венера, Земля и Марс. Остальные планеты входят в состав юпитерианской группы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Плутон занимает особое положение. По своим физическим свойствам он относится к ледяным спутникам планет-гигантов.

Еще в XVI веке итальянский философ Джордано Бруно (1548– 1600) предполагал, что звезды, подобно Солнцу, окружены свитой планет, и эти миры непрерывно рождаются, развиваются и умирают. Зарождение науки о происхождении небесных тел – космогонии, изучающей планеты и звезды,−началось с работ немецкого философа и естествоиспытателя Эммануила Канта (1724– 1804) и французского математика Пьера Симона Лапласа (1749−1827). Они пришли к выводу, что на месте планет вокруг Солнца первоначально вращалась туманность из газа и пыли.

Каким образом газ и пыль превратились в планеты? Как оказалось, что лишь 2% общего момента количества движения приходится на массивное Солнце, а остальные 98% заключены в орбитальном вращении планет, масса которых в 750 раз меньше массы Солнца?

Лишь в 90-х годах ХХ века были получены ответы на эти и многие другие вопросы. Выход в космос с помощью ракет и спутников позволил наблюдать невидимые ранее объекты– газопылевидные туманности, вращающиеся вокруг некоторых молодых звезд, сходных с Солнцем.

Сжимаясь из обширного вращающегося облака молекулярного газа в небольшой по сравнению с исходным состоянием объем, звезда освобождается от избытка энергии и момента количества движения самым эффективным способом. В окрестностях формирующейся молодой звезды образуются быстрые потоки газа, несущиеся в двух противоположных направлениях от звезды подобно струям, вырывающимся из реактивного двигателя. Именно так теряют звезды исходный момента количества движения, именно так Солнце потеряло почти всю энергию вращения, часть которой преобразовалась в энергию орбитального вращения сформировавшегося протопланетного облака. Протопланетное облако, или диск состоит из мелких твердых тел. К моменту формирования планет солнечной системы размер облака должен был превышать радиус последней планеты солнечной системы – Плутона.

Остывшее протопланетное облако состояло почти целиком из молекулярного водорода и атомарного гелия. Лишь 2% приходилось на пылевидные частицы и другие элементы в таких соединениях, как метан (СН4), аммиак (NH3), вода (Н2О), оксид углерода (СО2) и др.

На первом этапе в течение примерно тысячи лет Солнце нагрело протопланетное облако до такого состояния, что оно целиком состояло из газа, пыли не было. Со временем газ охлаждался, и в нем вновь образовывались пылевидные частицы, минуя стадию образования жидкости. Конденсировались самые тугоплавкие соединения кальция (Са), магния (Мg), алюминия (Al) и титана (Ti), затем образовались магниевые силикаты , железо и никель.

104

В газовой фазе оставались лишь сера, кислород, азот, все благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe) и некоторые другие элементы. Ближе к Солнцу в протопланетном облаке вода реагировала с такими металлами, как железо, появлялись гидратированные химические соединения. На удаленных расстояниях, там, где в будущем должна была сформироваться планета Юпитер, в протопланетном облаке преобладали частички льда с вкраплениями более тугоплавких веществ. Еще дальше от Солнца преобладали кристаллики метана, аммиака, оксида углерода.

Следующий этап превращения протопланетного облака связан с его расслаиванием. Частицы слипались, их размеры увеличивались до нескольких сантиметров. В некоторых участках облака плотность вещества возрастала в несколько десятков раз. Протопланетное облако становилось гравитационнонеустойчивым и преобразовывалось в систему колец. В такой системе колец формировались сгустки вещества. Из сгустков в течение десятков тысяч лет шло образование допланетных тел размером около километра. Многие миллионы таких тел двигались вокруг Солнца. Формирование современной солнечной системы из допланетных тел продолжалось примерно

100млн. лет.

Вхолодном безмолвии перемещались и сталкивались допланетные тела. Из таких тел формировалась Земля. Рост размеров Земли при соударении

таких тел сопровождался повышением температуры примерно до 350−400 К. Падение на поверхность планеты тел радиусом до ста километров сопровождалось образованием огромных кратеров, под которыми на глубине 1−2 тыс. км создавались области повышенной температуры. Когда температура достигала точки плавления горных пород, они разделялись по плотности. Тяжелые элементы, включая железо и другие металлы, опускались к центру планеты, а легкие всплывали. Увеличение массы планеты приводило к гравитационному сжатию и еще большему разогреванию недр. Значительный вклад в разогревание планеты внесли радиоактивные элементы. Уран, торий, калий-40 явились основным источником повышения температуры недр Земли до 6000 К.

Прошло время, сформировались континенты, и на Земле появилась жизнь. Жизнь изменила химический состав атмосферы.

По записям колебаний земной поверхности при землетрясениях – сейсмограммам – было установлено, что недра земли состоят из трех основных частей: коры, оболочки (мантии) и ядра (рис. 39). Радиус внутреннего твердого ядра 1221 км, толщина слоя внешнего жидкого ядра2250 км, толщина мантии 2900 км. Радиус Земли по экватору 6371 км.

Судьба планеты Земля связана с существованием Солнца. Возможен следующий сценарий. Постепенно недра Земли остынут, выветривание сотрет неровности земной коры и поверхность планеты скроется под водой.

105

Внутреннее ядро Внешнее ядро Нижняя мантия

Верхняя мантия Кора

Рис. 39. Внутреннее строение планеты Земля

Далее предполагается, что значительное понижение температуры остывшей Земли скует мировой океан ледяной коркой. Но более вероятно, что за счет возрастания светимости Солнца, превращающегося в красный гигант прежде чем стать белым карликом, вода на планете Земля испарится, обнажив ровную поверхность. Жизнь исчезнет.

Вопросы для проверки знаний.

1.В чем сущность теории происхождения Земли и планет солнечной системы.

2.Какова структура Земли?

3.Почему происходят на Земле извержения вулканов и откуда берется огненная лава?

9.3. Биосфера. Ноосфера

«Вся совокупность живых существ на поверхности нашей планеты образует как бы своего рода тонкую оболочку или покров. Этот слой живых существ – растений и животных, − находящийся в районе поверхности почвы, носит название биосферы, то есть живой оболочки Земли». Так писал французский географ Э Реклю в своей книге «Жизнь на Земле» [19, с. 324]. в 1872 г. Независимо от Реклю австрийский геолог и палеонтолог Эдуард Зюсс в 1875 г в книге «Лик Земли» под биосферой подразумевает совокупность организмов, ограниченных в пространстве и времени и обитающих на поверхности Земли.

Определение биосферы, введенное в конце XIX века, обрело глубокий смысл благодаря работам русского ученого В. И. Вернадского (1863−1945). Он является основателем учения о биосфере. Биосфера рассматривалась им как системное образование, как геологическая оболочка Земли. Животные, растения и микробы играют громадную роль в формировании и поддержании основных физико -химических свойств атмосферы, гидросферы и литосферы. Им введено понятие живое вещество в противоположность неживому веществу (косное вещество) и биокосное вещество, представляющее собой про-

106

дукты взаимодействия живого и неживого вещества. К биокосному веществу относятся почва, океанические воды, нефть и др., «… можно говорить о всей жизни, о всем живом веществе как о едином целом в механизме биосферы»

[3].

Рассмотрим некоторые особенности биосферы. «Обновление всего живого вещества биосферы Земли осуществляется в среднем за 8 лет. При этом вещество наземных растений (фитомасса суши) обновляется примерно за 14 лет. В океане циркуляция вещества происходит во много раз быстрее: вся масса живого вещества обновляется за 33 дня, в то время как фитомасса океана – каждый день! Процесс полной смены вод в гидросфере осуществляется за 2800 лет. В атмосфере смена кислорода происходит за несколько тысяч лет, а углекислого газа – за 6,3 года. Эти цифры показывают, что геохимический эффект деятельности живого вещества в биосфере проявляется не только в течение геологического времени (миллионы и миллиарды лет), но ясно выражен даже в пределах времени исторического (тысячи лет и менее)»

[12, с.23].

Приведем характеристику биосферы, данную в учебном пособии [8, c.333]: «Биосфера−это живое вещество планеты и преобразованное им косное вещество (образованное без участия жизни) Таким образом, это не биологическое, геологическое или географическое понятие. Это фундаментальное понятие биогеохимии, один из основных структурных компонентов организованности нашей планеты и околоземного космического пространства, сфера, в которой осуществляются биоэнергетические процессы и обмен веществ вследствие деятельности жизни.

Пленка биосферы, окутывающая Землю, очень тонкая. Сегодня принято считать, что микробная жизнь существует до высоты 20−22 км над земной поверхностью, а наличие жизни в глубоких океанических впадинах опускает эту границу до 8−11 км ниже уровня моря. Углубление жизни в земную кору много меньше, микроорганизмы обнаружены при глубинном бурении и в пластовых водах не глубже 2−3 км. Но эта тончайшая пленка покрывает абсолютно всю Землю, не оставляя ни одного места на нашей планете (включая пустыни и ледяные пространства Арктики и Антарктики), где бы не было жизни. Разумеется, количество живого вещества в разных областях биосферы различно. Самое большое его количество располагается в верхних слоях литосферы (почва), гидросферы и нижних слоях атмосферы. По мере углубления в земную кору, океан и выше в атмосферу−количество живого вещества уменьшается, но нет резкой границы между биосферой и окружающими её земными оболочками… биосфера открыта космосу, купается в потоках космической энергии. Перерабатывая эту энергию, живое вещество преобразует нашу планету. Само образование биосферы, в том числе и происхождение жизни на Земле, является результатом действия космических сил, важнейшего фактора функционирования биосферы»[8, c.333].

Солнце влияет на все живое на Земле. Еще во времена великих географических открытий мореплаватели замечали, что стрелка компаса вдруг на-

107

чинала беспорядочно колебаться в течение нескольких часов или даже суток. Компас становился непригодным для навигационных расчетов. Такое явление связано с солнечными магнитными бурями. Было замечено, что чем больше появлялось на Солнце пятен, тем интенсивнее была магнитная буря. Действие земных и космических факторов на состояние и поведение живых систем неоспоримо.

Советский биофизик А. Л. Чижевский (1897-1964) доказал влияние активности Солнца на такие массовые явления, как болезни и смертность. Он сформулировал основное положение своего учения − гелиобиологии: разви-

тие органического мира не является процессом самостоятельным, замкнутым на самом себе, напротив, это результат земных и космических факто-

ров, из которых вторые являются главнейшими.

Чижевский показал, что значительные исторические события имеют хорошо выраженную тенденцию повторяться примерно через 100 лет. Каждое столетие включает в себя 10 периодов максимальных напряжений человеческой деятельности. Получаются 11-летние периоды максимальных напряжений человеческой деятельности в каждом столетии, соответствующие 11-летним периодам повторяющейся солнечной активности. В периоды спокойного Солнца чаще отмечается склонность людей к миролюбию и духовной деятельности.

В 50-х годах ХХ века немецкие ученые проанализировали данные 100 тыс. автокатастроф. Оказалось, что число несчастных случаев возрастает по мере увеличения солнечной активности и достигает пика на второй день после вспышки на Солнце. Разумеется, невозможны точные прогнозы на основании астрофизических наблюдений, но поиски путей учета многих факторов, влияющих на живые системы, позволяют прогнозировать последствия космического воздействия и по возможности ослаблять их опасное влияние.

Особенности структуры и функционирования биосферы дают основание считать, что биосфера, как один из основных структурных компонентов организации нашей планеты и околоземного космического пространства, преобразует нашу планету. В свою очередь судьба биосферы определяется деятельностью людей.

Человек является монополистом в природе в силу своих способностей. И в то же время на человека и человечество как и на другие виды живых систем распространяются законы развития биосферы. Одно из эмпирических правил экологии гласит, что если какой-либо вид оказывается монополистом

в своей экологической нише, то он неизбежно переживает экологические

кризисы, направленные на восстановление в ней равновесия, нарушенного монополистом, при этом возможны два исхода [16].

Ход эволюционного развития живых систем свидетельствует о возможных вариантах исхода, когда виды исчезают. Перспектива сохранения человека как вида сейчас уже достаточно проблематична. Данные палеонтологии указывают на то, что на Земле вымерли десятки миллионов видов живых существ. Среди них есть виды, принадлежащие к человеческому роду

[14, c.144].

108

Человек−довольно молодой вид в масштабах истории Земли. Ему всего несколько миллионов лет, и он находится сейчас в наиболее агрессивной стадии развития. Человек уже имеет опыт выживания, и сейчас этот опыт крайне необходим ему, чтобы осознать свою зависимость от природы. На нынешнем этапе истории человечество должно научиться предвидеть последствия создаваемых им экологических кризисов и изменять свой образ жизни, свои потребности и характер активной деятельности.

Человек сделался монополистом еще на заре палеолита 2,5−3 млн. лет назад. В период неолита (примерно 5−10 тысяч лет назад) охота и собирательство привели к неолитическому кризису. За одно-два тысячелетия люди уничтожили крупных копытных и мамонтов−основу пищевого рациона времен раннего неолита. Человек был обречен на голодную смерть и деградацию. Выход был найден. Люди изменили свой образ жизни, свои потребности и характер активной деятельности. Вместо того, чтобы убивать животных, они стали их разводить, вместо того, чтобы вырывать питательные коренья, они стали выращивать сельскохозяйственные культуры. Постепенно человек расширил экологическую нишу и соответственно изменил образ жизни. За победу над неолитическим кризисом человек заплатил огромную цену. Население Земли сократилось, вероятно, во много раз в результате голода и опустошительной борьбы за ресурсы и угодья.

Победа над самим собой выделила человека из остальной природы. Он перестал жить как другие существа. Мощь и сила человеческого разума позволили ему создавать искусственные биогеохимические циклы, вовлекая в круговорот вещества и энергии те ресурсы, которые были накоплены живыми системами в течение миллионов лет в виде каменного угля, нефти, природного газа. Добравшись до энергетических ресурсов, скрытых в атомном ядре, человек выпустил Джина, который создавал реальную угрозу радиоактивного загрязнения окружающей среды.

Как отмечал советский математик Н.Н. Моисеев [14], представления человека о своем месте в природе мало чем отличаются от тех, которые имел человек, живший в начале неолита. Психическая конституция, уровень агрессивности, сформировавшиеся в период ледниковых эпох, с тех пор, вероятно, мало изменились. Поэтому рассогласование могущества цивилизации, с од-

109

ной стороны и природных задатков, с другой, может быть, самая главная трудность, которую придется преодолеть обществу для обеспечения своего будущего. В период неолитического кризиса был исчерпан пищевой рацион в виде крупных животных. Сегодня человечество близко к исчерпанию природных богатств в виде нефти, природного газа, каменного угля. Но в отличие от периода неолитического кризиса эти ресурсы не возобновляемы. В период неолитического кризиса шла борьба за ресурс и угодья. Сегодня идет жестокая борьба за природное энергетическое сырье.

Современный кризис цивилизации−это кризис системный. Он включает социальные отношения и отношения человека и природы. Процесс утверждения новых форм жизни и формирования новой экологической ниши в период неолитического кризиса шел стихийно. В современных условиях такой стихийный процесс приведет к полному уничтожению человечества. Некоторые из слаборазвитых стран владеют ядерным оружием. И трудно поверить, что в борьбе за выживание, за ресурсы, жизненно необходимые людям, не будут задействованы все возможные средства, которыми располагает человек. Положиться на волю стихии нельзя. Должна быть разработана общая для всего человечества стратегия сохранения и достойного существования че-

ловека как вида в биосфере.

Понятие ноосферы−«сферы разума»− было предложено французскими учеными и философами Э. Леруа и П. Тейяр де Шарденом, которые, по собственному их признанию, впервые использовали его после парижских лекций В.И. Вернадского в 1922−1926 годах. Тейяр де Шарден развил идею о том, что технический прогресс и развитие экономики являются необходимыми условиями прогресса, но решающую роль должен сыграть духовный фактор. Религия, обосновывающая мораль, должна, объединившись с наукой, обновить толкование своих принципов и стать религией действия. В.И. Вернадский в 1944 г. предложил следующее толкование ноосферы: «… Биосфера ХХ столетия превращается в ноосферу, создаваемую прежде всего ростом науки, научного понимания и основанного на ней социального труда человека». Если отказаться от идеологических установок времен сталинской эпохи и интерпретаторов идей Вернадского того периода, то можно согласиться с мнением палеонтолога и писателя-фантаста И. Ефремова: «Человек погружен в неощутимый океан мысли, накопленной информации, который великий ученый Вернадский назвал ноосферой. В ноосфере все мечты, догадки, вдохновенные идеалы тех, кто давно исчез с лица Земли, разработанные наукой способы познания, творческое воображение художников, писателей, поэтов всех народов мира» [19, c.357]. Такое толкование ноосферы, оставаясь материалистическим, близко к учению П. Тейяра де Шардена о ноосфере.

Вопросы для проверки знаний

1.Дайте определение биосферы и поясните его.

2.Каковы особенности биосферы?

110

3.С чем связаны 11-летние циклы напряжения человеческой деятельности?Сформулируйте один из основных законов развития биосферы, определяющий равновесие вида в экологической нише.

4.Есть ли выход из экологического кризиса?

5.Приведите примеры экологических кризисов, в которые попадали живые организмы на Земле на протяжении истории своего существования.

6.Какова перспектива сохранения человека как вида?

7.Дайте определение ноосферы.

9.4. Стратегия устойчивого развития

Озабоченность судьбами мира заставила итальянского экономиста, специалиста в области управления промышленностью А. Печчеи организовать в 1968 г встречу ученых разных специальностей из разных стран мира. В группу входили социологи, математики, экономисты, преподаватели, промышленники, политики. Международная научная организация получила название «Римский клуб». Доклады Римского клуба свидетельствуют о сложности и многообразии проблем, стоящих перед человечеством. Об этом можно судить по названиям докладов: «Пределы роста», «Человечество на перепутье», «Перестройка международного порядка», «Цели для глобального общества». Системный анализ такой сложной системы, как биосфера, давал неутешительные результаты для будущего человечества. Заслуги Римского клуба неоспоримы. Они направлены на внедрение в сознание людей биосферного мышления.

В 1972 г. впервые на конференции ООН по окружающей среде, состоявшейся в Стокгольме, внимание государств-участников было сосредоточено на самых важных проблемах, стоящих перед мировым сообществом, и обо-

значен путь устойчивого развития. Понятие устойчивого развития включает взаимосвязь экономических, социальных и экологических компонентов, а

также потребности обеспечения сотрудничества на разных уровнях.

В 1992 г. состоялась вторая конференция ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро. Существенными представляются два тезиса [16,

с.143]:

1.Все государства и все люди будут сотрудничать в осуществлении крайне важной задачи−устранения бедности−необходимого требования устойчивого развития для того, чтобы уменьшить неравенство в стандартах жизни и лучше удовлетворить требования большинства людей в мире.

2.Для достижения устойчивого развития и более высокого качества жизни для всех людей государствам следует ослабить и исключить экологически неприемлемые производство и потребление и поддерживать необходимую демографическую политику.

Нужны быстрые перемены во взаимоотношениях между странами с разным уровнем жизни. Пропасть между бедными и богатыми странами все увеличивается. Но противостояние Юга и Севера не ограничивается противостоянием между бедными и богатыми странами. Происходит столкновение