Канке В.А., Лукашина Л.В. Концепция современного естествознания Теория и практика

ными потоками. Теперь же на первый план выходит излучение, принимаемое от Солнца. По мере подъема температура стратосферы повышается. В верхних ее слоях она выше, чем в верхних слоях тропосферы на 50—55оС,

исоставляет около 0оС.

Встратосфере расположен озоновый слой. Озон O3 образуется в результате воздействия на O2 фотонов. Толщина озонового слоя, как правило, не превышает 5 км. Озон рассеивает ульрафиолетовое излучение, губительное для многих живых организмов. Именно поглощение озоном солнечных лучей ответственно за повышение температуры в стратосфере.

Вмезосфере (от греч. meso — середина) постепенно перестает работать тот механизм повышения температуры, который характерен для стратосферы. В итоге в ее верхних слоях устанавливается температура –90 оС. Это самое холодное место на Земле. Название рассматриваемой атмосферной оболочки определяется ее серединным расположением в атмосфере.

Втермосфере (от греч. thermos — горячий) температура вследствие ионизации атмосферного кислорода посредством поглощения ультафиолетового излучения вновь начинает возрастать и достигает 1700оС. Впрочем, необходимо учитывать, что термосфера является крайне разряженной средой. Столкновения молекул происходят редко. В этих условиях привычное понятие температуры оказывается неприменимым. Строго говоря, состоятельно сравнение температурных режимов только тропосферы, стратосферы и мезосферы. Термосфера в этот список не входит. Если космонавт выйдет в открытый космос в термосфере, то он не испарится. Но его скафандру придется испытать столкновения с очень быстро движущимися отдельными молекулами.

Итак, атмосфера представляет собой сложный системно организованный динамический объект, который тесно связан с гидро- и литосферой и, как известно, имеющий актуальное значение для всего живого на Земле.

Всвоей эволюции атмосфера прошла множество этапов развития. На первом этапе своей эволюции атмосфера состояла в основном из легких текучих соединений, среди которых доминировали водород и гелий, основные формы вещества того исходного газопылевого облака, из которого образовалась Земля. Атмосфера была чрезвычайно разряженной средой. В таком состоянии она пребывала вплоть до 4 млрд лет тому назад.

Второй этап эволюции атмосферы определяется активными процессами дегазации. Атмосфера энергично насыщается водяным паром, аммиаком

иуглекислым газом. Около 3 млрд лет назад Земля была окутана плотной атмосферой с давлением около 4 атм.

Третий этап эволюции атмосферы отмечен достижением ею температуры ниже точки кипения воды. Энергичный процесс выделения осадков приводит к образованию первичного океана. Плотность атмосферы падает. Из нее постепенно улетучиваются легкие газы. К тому же в результате химических реакций, происходящих в атмосфере под воздействием ультрафиолетового излучения и грозовых разрядов, в ней возрастает доля азота и углекислого газа. Третий этап эволюции атмосферы составлял около 0,5 млрд лет.

Четвертый этап эволюции атмосферы в основном связан с извлечением из атмосферы углекислого газа и ее обогащением кислородом. Эти

191

эффекты стали результатом деятельности зеленых растений и фотосинтезирующих микроорганизмов. Именно биогенез ответствен за постепенное насыщение атмосферы кислородом. Однако на протяжении около 2 млрд лет производимый кислород расходовался на окисление горных пород и океанических веществ.

Лишь около 300 млн лет тому назад кислород в атмосфере достиг своей современной концентрации. Начался пятый этап эволюции атмосферы, продолжающийся вплоть до сегодняшнего дня.

Будущее атмосферы, видимо, будет определяться двумя главными обстоятельствами. Во-первых, кислород будет все в большей степени поступать в атмосферу из мантии Земли, в которой падает содержание железа, опускающегося в ядро. Выделение кислорода приведет к росту давления и температуры атмосферы. Весьма вероятно, что уже через 600 млн лет условия жизни на земле станут невыносимыми для всех живых организмов. Постепенное нагревание Солнца также будет способствовать росту температуры атмосферы. Приблизительно через 2 млрд лет она окажется в зоне катастрофических изменений. Наконец, превращение Солнца в красный гигант, видимо, насильно закончит процесс эволюции атмосферы Земли.

Выводы

•Возраст атмосферы Земли такой же, как и у самой планеты. Прежде чем достигнуть современного состояния она прошла несколько этапов эволюции, которая, видимо, будет закончена превращением Солнца в красный гигант.

•Для каждой атмосферной оболочки, а именно тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы, характерны определенные закономерности, связанные

вчастности с существованием определенных температурных режимов.

•Будучи относительно самостоятельным объектом, атмосфера связана системными отношениями с другими геооболочками, в частности, с гидросферой.

4.13. Педосфера

Педосфера (от греч. pedon — грунт) — почвенная оболочка Земли, которая наряду с литосферой, гидросферой и атмосферой считается отдной из геооболочек Земли. Она является предметом почвоведения, науки, основателем которой во всем мире признается русский ученый В. В. Докучаев, которому принесла всемирную известность монография «Русский чернозем» (1883). Он считал почву самостоятельным телом с только ему присущими закономерностями. Лишь 22% поверхности суши покрыто пахотнопригодной почтой. Мощность (толщина) почвенной оболочки Земли меняется от нескольких сантиметров до десятков метров. Средняя же ее мощность близка к 1 м. По сравнению с другими геооболочками Земли объем педосферы крайне мал. Но в педагогическом отношении он чрезвычайно актуален. Ведь в почве и на почве живет 98% растений и животных. Биологическое разнообразие 1 м 3 почвы превышает биологическое разнообразие такого же объема воды в 100 тыс. раз. В 1 м 3 почвы может быть 1014 организмов. Образование почв обычно связывают с энергичным выветриванием горных пород. Этот процесс начался приблизительно 2,6

192

млрд лет тому назад. В характеристике почвы важнейшее значение имеет ее почвенный профиль, состоящий из разнообразных горизонтов.

Профили почвы

А-горизонт — в нем накапливаются органические вещества (гусус) и элементы растений.

Е-горизонт — нисходящими потоками воды вымываются некоторые элементы. В-горизонт — скапливаются выносимые из слоя Е вещества.

G-горизонт — восстановление некоторых элементов. С-горизонт — почвообразующие породы. Д-горизонт — подстилающие породы.

В зависимости от набора и типичных характеристик почвенных горизонтов различают типы почв, например чернозем, подзолистые, каштановые, тундровые, почвы. Чем тщательнее проводится научное исследование, тем большее число почвенных горизонтов и типов почв выделяется. В. В. Докучаев различал 10, а его современные последователи — не менее 130 типов почв. Классификация почв «по вертикали» дополняется систематизацией «по горизонтали», в связи с чем выделяются однотипные почвенные покровы, вытянутые с запада на восток и с юга на север. Таким образом, почвоведы выстраивают нечто похожее на таблицу Менделеева в химии. Любая разновидность почвы находится на вполне определенном месте почвоведческой таблицы.

Педосфера, естественно, не изолирована от других геосфер. В этой связи на ее долю выпадают глобальные функции, которые приведены в табл. 4.9.

193

Педосфера имеет также важнейшее экологическое значение. В этой связи мы приводим таблицу из обзорной статьи профессора Добровольского1 (табл. 4.10).

Таблица 4.10

Человечество вынуждено обратиться к экологической функции педосферы. Охрана педосферы стала насущной задачей. Проведение сельскохозяйственных работ без учета экологических факторов, отчуждение почвы под промышленное строительство, химическое загрязнение почв — все это способно нанести педосфере невосполнимый урон.

1 Добровольский, Г. В. Педосфера — оболочка жизни планеты Земля // Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера». 2009. Т. 1. № 1. С. 8.

194

Выводы

•Педосфера стала закономерным результатом эволюции Земли.

•По многим аспектам она выражает соотносительность литосферы, гидросферы

иатмосферы.

•Трудно переоценить актуальность изучения экологических функций и предотвращения нанесения ей пагубного для биоты и человечества урона.

4.14.Биосфера

Внауках о Земле широко используется геосферный подход, в соответствии с которым рассматриваются различные геооболочки и соотношение между ними. При таком подходе, т.е. вполне определенной стратегии развития знания, необходимостью является обращение к биосфере (от греч. bios — жизнь). Дело в том, что жизнь на Земле возникла вполне закономерно. Вместе с ней образовался фактор, который стал оказывать существенное влияние на такие геооболочки, как литосфера, педосфера, гидросфера и атмосфера. Науки о Земле стремятся учитывать это обстоятельство. Поэтому в их поле зрения попадает биосфера.

Термин «биосфера» вел в геологию в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. Будучи выдающимся геологом, он стремился представить всю ее историю

всистематическом виде. На этом пути он изобрел термины «литосфера», «гидросфера» и «биосфера». Зюсс развивал понятие биосферы в рамках геосферного подхода, который проводился от имени геологии. В этом же направлении развивалась научная деятельность выдающегося отечественного натуралиста В. И. Вернадского, в трудах которого в 1920-е гг. понятие биосферы нашло значительно более детальную разработку, чем у Зюсса. Вернадский исключительно целеустремленно реализовывал интердисциплинарный подход. Он называл себя натуралистом и, по сути, по большей части выступал от имени геологии, а не биологии или же социальных наук. Главная его мысль состояла в том, что эволюция Земли сопровождается постоянным возрастанием динамической силы биосферы, значимость которой в качестве планетарного явления постоянно возрастает. По Вернадскому, биосфера — это живое вещество, или, что то же самое, совокупность живых организмов.

Масса биовещества планеты Земля составляет около 2,4 · 1015 кг. Это менее половины миллиардной доли массы Земли. Но зато биовещество очень активно. Именно это обстоятельство определяет динамическую силу биосферы. Возраст биосферы составляет около 3,8 млрд лет. Первые организмы возникли на Земле в тот период, когда ее возраст составлял около 700 млн лет. В последующем возникло не менее 3 млн организмов. Пространственные размеры биосферы определяются ареалом распространения микроорганизмов, прежде всего, прокариотов (бактерий и архей). В этот ареал входит вся гидросфера, тропосфера, а также литосфера, если температура не превышает 122оС. Такая температура достигается на глубинах

в5—7 км.

Рекорды микроорганизмов, характерные размеры которых составляют менее 0,1 мм, позвоночным животным, естественно, не повторить. Но и их

195

ареал обитания достаточно обширен. Гуси мигрируют на высотах более 8 км, яки живут в горах на высоте более 5 км, рыбы обнаружены на глубине более 8 км, а в глубоких пещерах, по крайней мере до отметки 100 м, обитают летучие мыши. На больших глубинах живут членистоногие.

В традиционном сознании обитатели биосферы отождествляются по большей части с крупными животными. В действительности же значительно большей геологической силой являются микроорганизмы. Актуальные сведения о них содержатся в табл. 4.11

Таблица 4.11

1По меньшей мере половина элементарного кислорода Земли была произведена микроорганизмами

2Тело взрослого человека содержит около 1—2 кг микроорганизмов, всего их около 1015

3На каждом 1 см 2 человеческой кожи обитает около 1000 микроорганизмов

Разумеется, биосфера, подобно другим геосферам, прошла длительный путь развития. Основные вехи этого пути представлены в табл. 4.12. К сожалению, многие датировки весьма приблизительны.

196

Рассматривая биосферу в качестве динамического фактора, следует отметить, что жизнь является активным процессом синтеза и распада органических и неорганических веществ. В результате биосфера принимает активное участие в характерных для Земли процессах. Это в частности касается газообменных явлений, обеспечения миграципи атомов веществ, реализации окислительно-восстановительных процессов. Газообменные явления происходят в процессах дыхания и фотосинтеза. Хорошо известно, например, что в первом случае выделяется углекислый газ, а во втором он, наоборот, поглощается. Обеспечение миграции атомов вещества происходит в форме сначала концентрации атомов в организмах, а затем, после отмирания организмов, возвращения их в окружающую среду. Реализация окислительно-восстановительных операций происходит непосредственно в организмах в процессах синтеза и расщепления веществ.

На протяжении данной главы мы не раз касались вопроса о будущем человека и других живых организмов. Катастрофические явления, которые ожидают гидросферу и атмосферу в силу постепенного расширения Солнца уже в ближайший миллиард лет, могут прервать ее существование. Людям предстоит спасти себя. В этой связи основные надежды возлагаются на развитие научного знания.

Выводы

•Реализация геосферного подхода вынуждает рассматривать биосферу наряду

сгидросферой, атмосферой и литосферой в качестве активного планетарного фактора.

•Биосфера — это совокупность всех организмов планеты Земля. Выдающийся вклад в развитие понятия биосферы внес В. И. Вернадский.

•В качестве относительно самостоятельной части Земли биосфера прошла многие фазы эволюции. В будущем ее ожидают новые катаклизмы, которые невозможно будет разрешить в отсутствие необходимого научного потенциала.

4.15. Географическая оболочка Земли

Наряду с геосферами ученые часто обращаются к понятию «географическая оболочка Земли». На сайте Института географии Российской

197

академии наук приводится такое определение: «Географическая оболочка Земли — или ландшафтная оболочка, сфера взаимопроникновения и взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы. Обладает сложной пространственной дифференциацией. Вертикальная мощность географической оболочки десятки километров. Целостность географической оболочки определяется непрерывным энерго- и массообменом между сушей и атмосферой, Мировым океаном и организмами. Природные процессы в географической оболочке осуществляются за счет лучистой энергии Солнца и внутренней энергии Земли. В пределах географической оболочки возникло и развивается человечество, черпающее из оболочки ресурсы для своего существования и воздействующее на нее». Таким образом, географическая оболочка Земли — это результат взаимодействия нескольких геосферных оболочек. В этой связи возникает ряд вопросов, которые считаются дискуссионными.

Экскурс в историю

Любой объект известен людям не иначе, как посредством понятий особой науки. Очевидно, что географическая оболочка является объектом географии — науки, которая в историческом плане восходит к имени античного ученого Эратосфена Киренского (III в. до н.э.). Он написал труд под названием «География», по сути, став изобретателем этого термина. В последующие века статус географии постоянно уточнялся. В этой связи особым авторитетом пользуются немец А. фон Гумбольдт и русский В. В. Докучаев. Благодаря прежде всего им географию, начиная с XIX в.стали уверенно зачислять в разряд научных дисциплин. Но дальше начинаются разногласия.

Согласно существующей в России номенклатуре научных специальностей, принятой в 2009 г., география не является отраслью науки. Она зачисляется в состав наук о Земле. Согласно же номенклатуре научных специальностей, рекомендуемой ЮНЕСКО (1989), социально-экономическая география является особой отраслью науки, т.е. имеет такой же статус, как, например, физика или экономика. Почему имеет место указанное разночтение? Потому что география обладает интердисциплинарным характером. По сути это положение признается всеми учеными. Часто подчеркивается, что в ней синтезируется знание как естественнонаучное, так и социальное. Такой синтез действительно имеет место. И как раз он трудно поддается осмыслению.

На наш взгляд, две основные части географии, которыми обычно признаются физическая и социально-экономическая география, относятся к различным отраслям наук. Социально-экономическая география, в частности экономическая, социальная и политическая география, относятся не к естествознанию, а к обществознанию. Так, экономическая география должна быть зачислена в разряд экономики. В тех двух классификациях, которые мы упомянули выше, социально-экономическая география неправомерно либо считается отдельной отраслью науки (ЮНЕСКО), либо зачисляется в науки о Земле, которые, строго говоря, относятся к естествознанию.

Определение географической оболочки, данное на сайте Института географии, выдержано в естественнонаучном стиле. Географическая оболочка

198

интерпретируется как взаимодействие геосфер, каждая из которых изучается в естествознании. Надо полагать, именно поэтому в число геосфер не включена ноосфера, т.е. область человеческого разума. Но в указанный перечень геосфер вполне можно и даже следует включить педосферу.

Итак, со статусом социально-экономической географии мы определились. Теперь то же самое следует сделать с физической географией. Прилагательное «физическая» используется в данном случае в силу определенных исторических причин. Ясно, что в действительности речь идет не о физике, а о науках о Земле.

Географическая оболочка является результатом взаимодействия по крайней мере пяти геосфер, а именно лито-, атмо-, гидро-, био- и педосферы. Этот результат может быть двояким. Если не образуется новое образование с такими интегративно-системными характеристиками, которые отсутствуют у указанных геосфер, то нет вообще необходимости вводить представление о географической оболочке. Достаточно рассмотреть отношения, существующие между отдельными геосферами. Поясним сказанное таким примером. Допустим, атомы водорода и кислорода, взаимодействуя между собой, тем не менее не образуют молекулы воды. В таком случае нет оснований утверждать наличие молекул воды. В случае географической оболочки она будет реальностью, лишь если возникает новое системное образование. Географы полагают, что оно есть.

К началу XX в. сложились такие условия, когда требовалось определить специфику географических наук — число их быстро росло, а в истолковании концептуального содержания не наблюдалось желаемого единства. В стремлении достичь последнего русский географ А. А. Григорьев развил

в1930-х гг. концепцию географической оболочки. Он полагал, что географическая оболочка образует неразрывное целое, характеризующееся специфическими закономерностями. Ставилась задача изучить географическую оболочку как с качественных, так и с количественных позиций. Нужно было понять отдельные компоненты географической оболочки как не обособленные, а взаимосвязанные явления. В наши дни широко используются концепты ландшафта, природных поясов и зон. То и другое понимается как природный комплекс, приуроченный к некоторой пространственной области. Ландшафт — это местность с присущей ей однотипным природным устройством. Наименьший природный комплекс называется фацией, а наибольший — географическим поясом. В географии всегда делается акцент на пространственных отношениях, что находит свое выражение

всоставлении разнообразных географических карт.

Географические пояса протяжены в широтном направлении. Каждый географический пояс имеет особый набор широтных, долготных и высотных зон. Географическая оболочка подразделяется на следующие географические пояса: один экваториальный и по два (всякий раз северный и южный) субэкваториальных, тропических, субстропических, умеренных, а также субарктический и субантарктический, арктический и антарктический.

Внутри поясов по соотношению тепла и влаги и преобладающей растительности выделяются природные зоны — тундры, тундролесия, тайги, лесостепи, степи, полупустыни, пустыни и др.

199

Зональность характерна также и для Мирового океана. Высотная поясность характерна для гор. С высотой изменяется климат — как правило, температура понижается, а осадки увеличиваются.

Пример развития широкого комплекса географических наук показывает, что Земля является сложным системно-динамическим объектом. Есть все основания считать, что многие ее компоненты пока даже не обнаружены. На этом, пожалуй, можно закончить наш краткий экскурс в науки о Земле. Их актуальность не подлежит сомнению. Они нам крайне нужны для благоустройства нашей собственной жизни.

Выводы

•Объектом географической науки является географическая оболочка и природные комплексы, из которых она состоит.

•Географическая оболочка представляет собой продукт взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы, биосферы и педосферы.

•Для географической оболочки характерны целостность, однотипность устройства и функционирования.

•Науки о Земле необходимы человечеству для благоустройства им своей собственной жизни.

Контрольные вопросы и задания

1.Почему геологи обращаются к концепции стратиграфического времени?

2.Чем геология отличается от физики?

3.Каковы сильные и слабые стороны концепции мобилизма?

4.Почему железо собирается в центре Земли?

5.Каково основное содержание концепции тектоники литосферных плит?

6.Как происходит химико-плотностная дифференциация вещества?

7.Каков статус экологии?

8.Каковы особенности тропосферы?

9.Почему биосфера не является объектом социальных наук?

10.Чем отличается географическая оболочка от тех геосфер, продуктом взаимодействия которых она является?

11.Подготовьте сообщение о противостоянии геологических направлений.

12.Рассмотрите экологические функции гидросферы.

13.Создайте рисунок с изображением семи крупных литоплит.

Тесты

1) Геологическое время: а) не существует;

б) не отличается от физического времени; в) совпадает с пространством;

г) выражает особенности геологических явлений.

2. Ядро Земли:

а) является твердым телом; б) находится в жидком состоянии;

в) находится в плазменном состоянии; г) является белым карликом.

200