3. 4. 2 ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД И ЗВЕЗДНО-ПЛАНЕТНЫХ СИСТЕМ

1. Эволюция звезд

Когда температура в недрах протозвезды достигает ~106К, ее сжатие прекращается. Стадию сжатия, которая у разных образований может продол- жаться от сотен тысяч до сотен миллионов лет, сменяет стационарная стадия, в которой звезда находится большую часть времени жизни. В начале стацио- нарной стадии в атмосфере звезды преобладают водород (75%), гелий (20%), небольшое количество более тяжелых элементов (около 30 наименований), некоторые простые молекулы — С2, СN, ТiО, О2 и другие. Под воздействием

огромных давлений и температур в недрах звезд происходят термоядерные реакции, результатом которых является превращение водорода в дейтерий, затем в гелий с выделением огромных энергий и большого количества эле- ментарных частиц. Когда весь водород в центральной части звезды выгорит, образуется гелиевое ядро. Оно постепенно сжимается и разогревается. Когда температура внутри ядра повысится до ~2*107К, происходит превращение гелия в углерод с последующим преобразованием в более тяжелые элементы.

Заключительный этап жизни звезды зависит от ее массы. Внешние слои звезд, соизмеримых с нашим Солнцем, постепенно расширяясь, покидают ядро звезды. Это ядро и становится белым карликом — маленькой раскален- ной звездой. В метагалактике насчитывается огромное количество белых карликов. Постепенно остывая, белый карлик превращается в потухшую звезду. Некоторые звезды раздуваются, их светимость возрастает и на корот- кое время они превращаются в красного гиганта или сверхгиганта, а затем разрушаются. Иначе ведут себя более массивные звезды. После исчерпания ядерного горючего они теряют механическую устойчивость и начинают бы- стро сжиматься, переходя в стадию гравитационного коллапса (лат. collapsus— упавший, состояние, угрожающее устойчивости системы). Если расту- щее внутреннее давление останавливает коллапс, то центральная область

звезды становится сверхплотной нейтронной звездой с радиусом в несколько километров. Это явление может сопровождаться сбросом оболочки и наблю- даться как вспышка сверхновой звезды. Взрывы сверхновых обогащают меж- звездную среду тяжелыми химическими элементами. Есть предположение,

что во время взрыва сверхновых образуются все элементы периодической системы. Если же в результате гравитационного коллапса радиус звезды ока- жется меньшим радиуса Шварцшильда, она неминуемо превращается в «чер- ную дыру».

Черная дыра создает вокруг себя гравитационное поле громадной силы. Это огромное тяготение не выпускает за пределы звезды никакое излучение, поэтому никакие приборы не могут ее зафиксировать. Тем не менее черные дыры обнаруживаются. Имея громадное тяготение, черная дыра возможно притягивает другие звезды, либо находится в составе двойной звезды. Раска- ленный газ с поверхности обычной звезды непрерывно падает на черную ды- ру, образуя вокруг нее вращающийся газовый диск с температурой ~107К.

155

При такой температуре материя излучает в рентгеновском диапазоне. Если такой источник к тому же обладает большой массой, он является претенден- том на черную дыру. Конечно, наши рассуждения всего лишь иллюстрируют модельные представления современной науки. Но однозначно то, что в про- цессе самоорганизации и эволюции Вселенной звезды рождаются, живут и умирают, подчиняясь фундаментальным законам природы. И этот процесс непрерывен и бесконечен.

2. Солнце

Центральное тело звездно-планетной системы, в которой мы проживаем

— Солнце. Это типичный желтый карлик, который располагается на перифе- рии галактики Млечный путь. Оно представляет собой раскаленный плаз- менный шар, температура поверхности которого около 6000 К, во внутренних слоях она значительно выше — около 15000 и более К. По оценкам специа- листов возраст нашего Солнца около 5 млрд. лет, его радиус 691000 км, масса 2 1030 кг, что составляет 99,9 % массы всей Солнечной системы. Плотность солнечного вещества 1,4*10-6 г/м3. Сидерический (звездный) пе- риод его вращения вокруг собственной оси (определенный по движению то- чек экватора) составляет 25,4 суток. Вместе со всей Галактикой солнечная система движется вокруг ее центра с переменной скоростью, совершая пол- ный оборот примерно за 200 миллионов лет. Условно в «атмосфере» Солнца выделяют фотосферу, хромосферу и корону. Конвекционные потоки, подни- маясь от центра и более горячей фотосферы, перемешивают нижние более нагретые и внешние более холодные слои солнечной атмосферы. Вследствие этого на ее поверхности периодически образуются и исчезают нестационар- ные образования — гранулы, факела, вспышки, протуберанцы, темные пятна, появление которых сопровождается магнитными аномалиями. Их количество в наиболее активных областях циклически изменяется. Вместе с ними изме- няется и солнечная активность, которая выражается в интенсивности выбра- сываемых за пределы Солнца потоков различных видов излучений и элемен- тарных частиц. Возникающий солнечный ветер вызывает сильные возмуще- ния вблизи планет, особенно тех, которые обладают магнитным полем (на- пример, Земля, Юпитер). Из 70 обнаруженных на Солнце химических эле- ментов большую часть массы составляют водород (70%) и гелий (28%).

Как уже отмечалось, первая космогоническая гипотеза образования Солнечной системы была высказана еще в XYIII веке П. С. Лапласом и И. Кантом. По их представлениям когда-то на месте Солнечной системы суще- ствовала газопылевая туманность. Вследствие действия сил гравитации ту- манность пришла во вращательное движение и стала сжиматься. В результате образовалось раскаленное центральное тело и система периферийных тел, в процессе эволюции которых и сформировались планеты. Большой вклад в планетную космогонию внесли советские ученые О. Ю. Шмидт (1891-1956) и В. Г. Фесенков (1889-1972). О. Ю. Шмидт высказал гипотезу о том, что в

процессе своего движения вокруг центра Галактики протосолнце захватывало материю из других областей. Она-то и стала материалом для образования планет. В. Г. Фесенков высказал предположение, что в процессе эволюции

156

Солнца произошла смена одного типа ядерных реакций к другому, что со- провождалось выбросом массы, из которой и сформировались в дальнейшем планеты.

Однако вплотную проблемой построения возможных сценариев проис- хождения и развития Солнечной системы наука занялась лишь во второй по- ловине ХХ века, когда был накоплен значительный эмпирический материал о поведении молодых звезд и благодаря развитию космической техники полу- чены разнообразные сведения о планетах Солнечной системы. Эти данные и использование мощной вычислительной техники позволили построить не-

сколько моделей эволюции Солнечной системы из первичного газопылевого комплекса. Предположительно его первоначальная масса составляла от 2 до 10 солнечных масс. Под действием сил гравитации он начинал сжиматься, при этом его плотность и температура увеличивались, возникали неоднород- ности, вследствие которых комплекс разрывался на отдельные фрагменты. Выделилось центральное ядро — протосолнце и экваториальная область, ко-

торая с течением времени под действием центробежных сил уплощалась и превращалась в диск — протопланетное облако. Вследствие дальнейшего сжатия протосолнце разогрелось до температуры 6000 К, при которой стали возможными термоядерные реакции, которые стали главным источником его энергии, и превратилось в звезду. На этот процесс ушло около 100 млн. лет.

3. Планеты Солнечной системы

Протопланетное облако за это время превратилось в кольцо, в котором

активно протекали процессы конденсации и аккумуляции пылинок и разогрев образовавшихся уплотненных тел. Под влиянием вращения всей системы и

солнечной энергии в разных частях кольца образовались неоднородности разнообразного состава. При этом образование планет земной группы и пла- нет-гигантов шло по-разному. В процессе химической эволюции планет зем- ной группы вначале конденсировались наиболее тугоплавкие элементы, обо- гащая их железо-никелевыми соединениями. Вокруг них сосредотачивались силикатные породы, а позднее более легкие вещества и летучие соединения.

Несмотря на схожесть механизмов их образования имеются и существенные различия. Это, прежде всего, различия атмосфер. Так Меркурий практически ее не имеет. В отличие от азотно-кислородной атмосферы Земли, атмосферы Венеры и Марса состоят в основном из диоксида углерода. Более того, атмо- сфера Венеры насыщена парами серной и соляной кислот. При этом атмо- сферное давление у поверхности Венеры в 90 раз больше, а у Марса в 150 раз меньше, чем у поверхности Земли. Планеты различаются по своим магнит- ным свойствам, тектонической деятельности, температурным режимам и структуре поверхности.

Сравнительная характеристика планет Солнечной системы приведена в таблице.

157

Если становление планет земной группы произошло в те же первые сто миллионов лет, то образование гигантов затянулось на более длительное вре- мя. С ростом расстояния от Солнца ослабляется интенсивность его излуче- ния, что ведет к значительному снижению температуры на периферии систе- мы (около 20 и ниже К). Выдуваемые солнечным ветром, легкие газы при та- ких температурах замерзают сжижаются и превращаются в лед. Показано, что все гиганты не имеют твердой поверхности. Например, атмосфера Юпитера состоит из водорода, который вследствие повышения давления по мере по- гружения в глубину плавно переходит в жидкую, а затем твердую металличе- скую фазу. В таком состоянии водород обладает высокой электропроводно- стью, а возникающие в результате быстрого вращения планеты токи порож- дают мощные магнитные поля. Все планеты-гиганты имеют большое количе- ство спутников и кольца, состоящие из газа, пыли и мелких тел.

Возможно, что вокруг некоторых звезд окраинного пояса Млечного пути тоже существуют планетные системы, но с уверенностью об этом сказать что- либо определенное трудно. Пока человечество может исследовать лишь одну планетную систему — Солнечную.

Ведущие идеи:

—звездно-планетные комплексы как самоорганизующиеся системы;

—зависимость особенностей планет от характера физико-химических процессов в разных частях Солнечной системы.

3. 4. 3 САМООРГАНИЗАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМЛИ

1. Общая характеристика планеты

Современная Земля представляет собой слегка сплюснутый к полюсам шар, движущийся почти по круговой орбите радиуса 149,6 млн. км со сред- ней скоростью около 30 км/с. Его средний радиус ~ 6370 км, масса 5,98 1024 кг, период обращения вокруг Солнца 355,25 суток, угол наклона оси к плос- кости орбиты 66о 34´, период обращения вокруг собственной оси 23 часа 56 минут 4,09 секунд. Земля является своеобразным волчком, ее ось медленно прецессирует (лат. praecessio — движение впереди, движение оси вращения,

при котором она описывает коническую поверхность вокруг некоторого

158

среднего положения). Вместе со всей Солнечной системой Земля обращается вокруг центра нашей галактики. Участие Земли в этих движениях определяет периодичность поступления солнечной энергии на различные участки по- верхности, смену периодов похолодания и потепления, времен года, зональ- ность распределения растительного и животного мира. Земля — единствен- ная из девяти известных планет Солнечной системы, где с течением времени

сложились и сегодня имеются в наличии условия для существования живого вещества.

Методом ядерной космохронологии установлено, что возраст Земли 4,5- 5 млрд. лет. Согласно современным гипотезам формирование Земли как пла- неты происходило в первые сотни миллионов лет ее жизни. При этом опреде- ляющее значение имели:

—сложный характер ее механического движения;

—гравитационное взаимодействие с другими космическими телами;

—тепловые процессы во внутренних областях Земли;

—периодически изменяющиеся потоки солнечной энергии;

—теплообмен с окружающей средой.

В ранний период ее становления как геологического тела самоорганиза-

ция осуществлялась за счет физико-химических процессов по сценарию, опи- санному для открытой термодинамической системы, в которой со временем установился баланс между энергией, рассеиваемой в космическое простран- ство, и энергией, получаемой от Солнца. Циклические повторения периодов оледенения и потепления, связанные с разными сочетаниями механических и тепловых состояний Земли, были своеобразными точками бифуркации в ее развитии. Важнейшей из них является стратификация (лат. stratum — слой, разделение на слои или фазы) вещества планеты и формирование первичной литосферы, атмосферы и гидросферы. Около трех с половиной миллиардов лет назад на Земле появились простейшие организмы и примитивная биосфе- ра. Появление и развитие живого вещества стало очередной важной точкой бифуркации. Под влиянием его жизнедеятельности изменяется состав атмо- сферы и гидросферы, появляется гумусный слой, наряду с абиотическими факторами важную роль начинают играть биотические. Следующей очеред- ной точкой бифуркации стало появление человека и цивилизации, карди- нально изменивших облик Земли.

2. Физические оболочки Земли

Земля вместе с атмосферой, ионосферой и магнитосферой образует ги- гантскую физическую систему, состоящую из множества подсистем, находя- щихся в той или иной степени взаимодействия. Развитие космонавтики по- зволило достаточно хорошо изучить внешние сферы. О процессах, проте- кающих внутри Земли, мы можем судить по данным о вулканической дея- тельности, движению литосферных плит, землетрясениям. Для изучения внутреннего строения Земли используется бурение. Однако самая сверхглу- бокая скважина на Кольском полуострове достигла едва двенадцати километ- ров от поверхности. О строении и особенностях литосферы до этой глубины мы получаем сведения, исследуя добытые при бурении образцы пород. Для

159

исследования более глубоких слоев широко используют геофизические (пре- жде всего, сейсмические) методы. Однако и здесь остается масса вопросов.

Поэтому о составе и строении глубинных внутренних сфер Земли имеются лишь предположения и модельные представления.

Понижение температуры планеты в первые сотни миллионов лет ее су- ществования и стратификации вещества привели к появлению земной тверди. В процессе самоорганизации наиболее тяжелые элементы образовали ядро, мантию и земную кору. Ядро планеты имеет радиус около 3000 км, темпера- тура его внутренних областей достигает 5000К. Но огромные давления пре- пятствуют плавлению. Предполагается, что центральная часть ядра находится в твердом состоянии и имеет железно-никелевую основу (отсюда и мощное магнитное поле).

Над ядром находится самая мощная оболочка — мантия. Ее толщина около 3000 км. Температура мантии на границе с земной корой — около 500К, на границе с ядром — свыше 2000К. Мантия напоминает слоеный пи- рог. На разных глубинах ее вещество находится в разных состояниях: погра- ничный с ядром слой — в твердом, более высокие слои — в жидком; слои, находящиеся на глубине около 300 км (астеносфера) — в размягченном.

Поверхностный слой тверди — земная кора. Самые верхние ее слои — осадочные породы, далее идет гранитное основание, а под ним — еще более плотные базальты. Ее толщина на материках составляет 35-70 км и 3-10 км в океане. Кора состоит из отдельных блоков — литосферных плит, которые впаяны в вещество мантии и медленно, со скоростью 1-5 см в год перемеща- ются, как бы ползут, по размягченной астеносфере. Это движение — резуль-

тат сложного взаимодействия механического движения Земли и гигантской конвекции (лат. convectio — принесение, перемещение) тепла в ее внутрен- них слоях. В силу неоднородности в верхних слоях мантии возникают разры- вы и сдвиги, что и приводит к подвижкам земной коры. Все это определяет особенности литосферных процессов (тектоника, образование островных дуг, океанических впадин, горных хребтов, изменение форм и очертаний матери- ков и другие).

Первая теория дрейфа материков была разработана немецким геофизи- ком А. Вегенером (1880-1930), которая по сути является теорией эволюции земной коры. По его предположению когда-то на Земле существовал единый материк вблизи Северного полюса — Пангея. Около 350 млн. лет назад вследствие участия Земли в сложных механических движениях и процессов, протекающих внутри Земли, он разделился на два материка Лавразию и Гон- двану, которые около 100 млн. лет назад распались на более мелкие куски, которые стали медленно дрейфовать к югу. Они-то и образовали современ- ные материки. Использование методов математического моделирования в со- временной геофизике дает основание полагать, что есть тенденция к их сближению у южного полюса и образованию нового единого материка. Неко- торые ученые полагают, что такие литосферные процессы на Земле происхо- дили неоднократно с регулярностью в сотни миллионов лет.

160

Суша на поверхности Земли занимает 1/4 часть, 3/4 — вода. Водную оболочку — гидросферу образуют воды океанов, рек, озер, подземные воды, водяные пары атмосферы, шапки полярных и горных льдов. Гидросфера, это конечно не сфера в геометрическом смысле, а область распространения воды. Это самая тонкая оболочка. Ее масса составляет всего лишь 1/1000 долю всей массы Земли. Воды мирового океана перемещаются со скоростью 2-3 см/с, а

вокеанических течениях-5-10 см/с. Малый и большой круговороты воды поддерживают равновесие гидросферы и способствуют возобновлению запа- сов пресной воды. Большой круговорот полностью осуществляется примерно за 200 миллионов лет. Это время, в течение которого происходит самоочище- ние всех океанических вод.

Газовая оболочка — атмосфера простирается над поверхностью Земли почти на 200 км. Она состоит из нескольких сфер — тропосферы (до 20 км над уровнем моря), стратосферы (до 50 км), мезосферы (до 80 км) и термо- сферы. На высоте 30-50 км находится озоновый слой, предохраняющий жи- вой мир Земли от жесткого космического излучения. Атмосфера состоит на 78% из азота, на 21 — из кислорода, 1% составляют вместе взятые инертные газы, двуокись углерода, метан, оксиды азота, водород, озон, пары воды и примеси. 4/5 всей массы воздуха находится в тропосфере. Хаотическое дви- жение молекул способствует рассеянию атмосферы в космическое простран- ство, силы притяжения к Земле наоборот стремятся сосредоточить ее в тон- ком приземном слое. В результате действия этих факторов возникло опреде- ленное распределение частиц газа по высоте (распределение Больцмана), при котором плотность газа и его давление изменяются с высотой по экспоненци- альному закону. Скорость перемещения воздушных масс атмосферы 5-7 м/с,

вслучае урагана — до 30 и выше. В атмосфере образуются облака, дождь, снег, циклоны, антициклоны, словом все, что определяет погоду. Атмосфера снабжает живые организмы кислородом для дыхания, защищает от космиче- ских излучений и метеоритов. Космическое и солнечное излучения, попадая в верхние слои термосферы, ионизуют разреженный газ и формируют ионо- сферу. Благодаря магнитному полю Земли на высоте 500-5000 км существует мощный радиационный пояс.

Все физические оболочки Земли представляют единый комплекс и нахо-

дятся в тесном взаимодействии. Каждая из них представляет собой откры- тую самоорганизующуюся систему. Процесс их самоорганизации происходил (и происходит сейчас) под воздействием внешнего источника энергии — Солнца, внутреннего тепла Земли и сложного механического движения, в ко- тором Земля принимает участие. Между ними существует множество прямых и обратных связей, которые реализуются благодаря малым и большим круго- воротам веществ, обмену энергией и информацией. Флуктуации параметров в одной из сфер (температура, давление, плотность, изменение скорости пере- мещения и т. д. ) вызывают локальные, а иногда и глобальные изменения и в других сферах.

Химическая эволюция Земли происходила синхронно с ее геологической эволюцией. В результате активной вулканической деятельности в первые

161

миллионы лет жизни Земли верхние слои литосферы обогащались тяжелыми химическими элементами, которые сосредотачивались в виде концентриро- ванных запасов в отдельных точках Земли. При дегазации лав выделялись газы, которые стали основой первичной атмосферы — аммиак, цианиды, ди- оксид углерода, соединения серы, пары воды и другие.

На ранней Земле постепенно создались условия для абиотического синтеза простейших органических соединений. Насыщенная парами атмо- сфера обладала высокой электропроводностью, поэтому в изобилии происхо- дили грозы. В каналах молний, где температура достигает нескольких тысяч градусов, происходил синтез сложных соединений. Первичная атмосфера не имела озонового слоя, что способствовало поступлению на Землю огромных количеств ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Это в свою оче- редь содействовало протеканию фотохимических реакций, которые в обыч- ных условиях были бы невозможны.

Атмосфера была очень тонкой и слабо препятствовала рассеянию тепла в окружающее околоземное пространство. Вследствие этого средняя темпе- ратура поверхности Земли снизилась до 15-20о С, что способствовало актив- ной конденсации паров и образованию водоемов. Это произошло около 4 млрд. лет назад, о чем свидетельствует возраст найденных древних осадоч- ных пород. Растворение всевозможных неорганических соединений в водах

первичного океана и выпадение атмосферных осадков обогащали его солевой состав.

Гидросфера и атмосфера первобытной Земли практически не содержали свободного кислорода. Его выделение в чистом виде связано с появлением простейших живых организмов и, прежде всего, водорослей.

Косная материя не могла эффективно использовать солнечную энергию для самоорганизации, поэтому процессы эволюции шли медленно. И лишь с появлением живого вещества, интенсивность круговоротов многократно уси- лилась, появилась возможность за счет фотосинтеза более эффективно ис- пользовать солнечную энергию для формирования облика Земли. В результа- те взаимодействия геологических, химических и биотических процессов ус- тановился современный состав литосферы, гидросферы и атмосферы, кото- рые существенно отличаются от раннего периода существования планеты. Однако и термодинамические процессы не потеряли своей значимости. Они и сейчас во многом определяют характер тектонических, атмосферных и гид- росферных явлений.

3. Геосфера

Геосфера или географическая оболочка-это глобальный природный комплекс Земли, представляющий тонкий слой (50-60 км) на границе лито- сферы, гидросферы и атмосферы и включающий биосферу. Это область наи- более интенсивного взаимодействия всех сфер Земли. В геосфере существует и развивается человечество. Благодаря живому веществу и производственной деятельности человека в ней более интенсивно, чем в других оболочках, идут процессы обмена веществом, энергией и информацией. Хрупкое подвижное

162

равновесие геосферы поддерживают естественные круговороты. Но в по- следние два столетия в них активно встраиваются техногенные циклы, что в значительной мере смещает природное равновесие в сторону неустойчивости.

Геосфера представляет совокупность иерархически связанных подсистем

— ландшафтной оболочки, физико-географических стран, зональных облас- тей, местностей и т. д. Взаимодействие абиотических (рельеф, распределение температур, освещенность, влажность, космические излучения) и биотиче- ских (растительный и животный мир) факторов определяет разнообразие свойств геосферы. Ее целостность обусловлена слаженным взаимодействием всех подсистем.

Важнейшей подсистемой геосферы и зоной наиболее активной деятель- ности живого вещества является ландшафтная оболочка. Ее толщина не пре- вышает нескольких сотен метров. Характер солнечно-земных связей, распо- ложение относительно экватора и рельеф поверхности определяют зональ- ность распределения животного и растительного мира, пригодность отдель- ных ее областей к проживанию и производственной деятельности человека.

При изучении Земли геологи и палеонтологи разделили ее историю на отдельные эры, периоды и эпохи. Это разделение не случайно. Переход от

одной эры к другой знаменовался кардинальными изменениями в облике Земли. Эти изменения наблюдаемы, их следы видны в отложениях разного типа. Определяя возраст отложений, и осуществили эту периодизацию.

4. Биосфера

Понятие биосферы было введено австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914) для обозначения всей совокупности живых организмов Земли. Большой вклад в учение о биосфере внес выдающийся русский ученый В. И. Вернадский. Биосфера является частью геосферы. Это сфера распростране- ния живого вещества, которая включает все экосистемы Земли. Она являет- ся сложноорганизованной иерархической системой, между подсистемами ко- торой (организмы, популяции, сообщества, экосистемы) осуществляются взаимодействия благодаря обмену веществом, энергией и информацией. По оценкам ученых время существования биосферы оценивается в ~3,5 млрд. лет. С появлением живого вещества биологические процессы и биотические факторы стали определяющими в становлении состава современных атмо- сферы, гидросферы и почвенного покрова литосферы. На смену периоду гео- лого-химической эволюции планеты пришел период геолого-биологический.

Границы биосферы определяются наличием пригодных абиотических условий (определенный состав воздуха, достаточное количество воды, благо- приятные температуры, наличие минеральных веществ, определенная соле- ность и кислотность среды, определенное давление). Живое вещество зани- мает очень узкий пространственный интервал на границе микро — и макро- мира. Верхняя граница биосферы определяется высотой полета птиц (около 10 км), хотя микроорганизмы обнаруживаются и на значительно больших вы- сотах. Нижняя граница биосферы простирается до 3 км вглубь литосферы и до 10 км вглубь гидросферы. Распределение живого вещества внутри био-

163

сферы неравномерно. Основная его масса сосредоточена в тонком приземном слое — биостроме (до нескольких сотен метров).

Биосфера условно может быть представлена в виде взаимосвязанной со- вокупности, состоящей из экотопа и биоценоза (Рис. 15).

Э К О Т О П

гидросфера

атмосфера литосфера

Продуценты консументы

редуценты

Б И О Ц Е Н О З

Рис. 15 Функционирование связей в глобальной экосистеме (по анало- гии со схемой В. Н. Сукачева)

Экотоп (или биотоп) представляет совокупность взаимосвязанных участ- ков литосферы, гидросферы и атмосферы, с которыми взаимодействуют ор- ганизмы и которые являются средой их обитания и источником ресурсов. Структура и функционирование биоценоза (совокупности живых организмов, проживающих на данной территории) определяется множественностью взаи- мосвязей между организмами и элементами экотопа.

Средний элементный состав живого вещества состоит из наиболее рас- пространенных во Вселенной элементов. От состава экотопа он существенно отличается высоким содержанием биогенных элементов — углерода, водоро- да, кислорода, азота, фосфора и серы.

В настоящее время на Земле известно около 500 тыс. видов растений и 1,5 млн. видов животных. Соотношение между разными типами организмов можно представить в виде «волчка жизни» (по Н. Ф. Реймерсу). Устойчивое

равновесное движение волчка обуславливается пропорциональностью его

164

частей и количеством поступающей от Солнца энергии (рис. 16). Изменение солнечной активности может привести к существенному изменению соотно- шения видов, что неоднократно наблюдалось в истории развития биосферы.

Рис. 16 Волчок жизни

Каждый организм представляет собой самоорганизующуюся систему,

состоящую из множества функционально согласованных органных систем (нервная, пищеварительная, гормональная, кровеносная, выделительная), ос- нову которых составляют отдельные, согласованно функционирующие орга- ны, состоящие из специализированных клеток. Все организмы и их сообще- ства находятся в тесном взаимодействии между собой. Их биомасса оценива- ется в 1, 8 105 кг сухого вещества, при этом биомасса организмов океана со- ставляет всего 0,13% от всей биомассы планеты.

Биосфера является открытой самоорганизующейся системой. Ее эво-

люция осуществляется благодаря энергоинформационному обмену с окру- жающим пространством. Временной ход развития биосферы носит направ- ленный характер и выражается в повышении уровня организации, нарастании усложнения и упорядоченности живого вещества: последовательное появле- ние прокариотов (клеток без ядра) — эукариотов (клеток с ядром) — мно- гоклеточных организмов — организмов с твердыми скелетами — организмов с высокоразвитой нервной системой и мозгом — возникновение разумного

165