2.2. Основы учения Вернадского о биосфере

Основы учения о биосфере были заложены нашим соотечественником академиком В.И.Вернадским (1864-1945). Он является основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного у4чения о биосфере.

Исследования В.И Вернадского привели к осознанию роли жизни и живого вещества в геологических процессах. Облик Земли, ее атмосфера, осадочные породы, ландшафты – все результат жизнедеятельности организмов. Особую роль в становлении лика нашей планеты ученый отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого исходят в глубины истории.

В 1926 г Вернадский опубликовал книгу «Биосфера», которая ознаменовала собой рождение новой науки о природе и взаимосвязи с ней человека. По учению В.И.Вернадского, биосфера – это наружная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью. В.И.Вернадский рассматривал биосферу не как простую совокупность живых организмов, а как организованную, единую термодинамическую оболочку (пространство), в которой сосредоточена жизнь и осуществляется постоянное взаимодействие всего живого с неорганическими условиями среды. С одной стороны, это среда жизни, с другой – результат жизнедеятельности. Специфика современной биосферы – это четко направленные потоки энергии и биогенный круговорот веществ. Химическое состояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами и связана с миграцией химических элементов в биосфере.

В.И.Вернадский отметил, что пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. На развитие жизни, а, следовательно, на границы биосферы оказывают влияние многие факторы6 наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе.

Важнейшими компонентами биосферы (из 7 выделенных В.И.Вернадским) являются:

Живое вещество. Живое вещество - это совокупность всех живых организмов на планете. Более 90% всего ЖВ приходится на наземную растительность. Фундаментальная роль живого вещества. В основу концепции биосферы положено представление о живом веществе. Основная характеристика ЖВ – суммарная масса, химический состав и энергия, которые являются мощным геохимическим и энергетическим фактором, формирующим земную поверхность, ведущей силой планетарного развития.

Основными функциями живого вещества являются: энергетическая, деструктивная и средообразующая функции. Основной источник биохимической активности организмов – это солнечная энергия. Она используется в процессе фотосинтеза зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами для создания органического вещества. Органической вещество обеспечивает пищей и энергией остальные организмы. Фотосинтез привел к накоплению в атмосфере свободного кислорода, образованию озонового экрана, поддерживает современный газовый состав атмосферы. Живое вещество связано с неживым веществом биогенной миграцией атомов и химических элементов, вовлекая неорганическое вещество в жизненные циклы организмов, биологический круговорот. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии. Так, весь атмосферный кислород оборачивается через живое вещество за 2000 лет, углекислый газ – за 300 лет. Благодаря ЖВ на планете образовались почвы и органическое минеральное топливо (торф, уголь, возможно и нефть).

Характерные особенности, присущие живому веществу:

- огромная свободная энергия, которая образовалась в течение эволюции видов и продолжает расти, поскольку перерабатывает энергию солнечных излучений, атомную энергию радиоактивного распада и космическую энергию рассеянных атомов из Галактики;

- высокая скорость протекания химических реакций по сравнению с веществом неживым. Например, некоторые гусеницы в сутки могут переработать пищи в 200 раз больше, чем весят сами;

- слагающие его химические соединения (белки), устойчивы только в живых организмах;

- ЖВ существует на планете в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему вновь образовавшееся поколение генетически связано с ЖВ прошлых эпох. Для ЖВ характерно наличие эволюционного процесса.

Косное вещество – неживое (абиогенное) - совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не принимают участия, например, изверженные (магматические) горные породы неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

1. Биогенное вещество. Это продукты жизнедеятельности живых организмов, созданные ими органо-минеральные или органические продукты (каменный уголь, битумы, нефть, торф, мел, известняк, мрамор и др.). Сюда включают и гумус - верхний слой почвы). Являются мощным геологическим фактором, формирующим облик Земли.

2. Биокосное вещество. Это продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами – почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле веществ в биосфере и сочетает свойства живого и косного вещества.

3. Вещество, находящееся в стадии радиоактивного распада. Это вещество в такой форме является одной из самых мощных сил, меняющих всю энергию биосферы.

4. Рассеянные атомы.

5. Вещество космического происхождения

Следовательно, биосфера – это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную, глобальную экосистему, поддерживающую планетарный круговорот веществ. Если слишком сильно изменить какую-либо из составляющих, биосфера может полностью разрушиться. Биогенное, косное и биокосное вещества могут и сохраниться, но в их взаимоотношениях уже не будет участвовать живое вещество.

Косное вещество преобладает по массе и объему. Живое вещество по массе составляет ничтожно малую часть Земли: примерно 0,25% биосферы. Причем «масса живого вещества остается в основном постоянной. В настоящее время этот вывод Вернадского называется законом константности.

Важно отметить, что В.И.Вернадский сформулировал пять постулатов, относящихся к функции биосферы.

Первый постулат: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». Другими словами, первобытная биосфера изначально отличалась богатым функциональным разнообразием.

Второй постулат: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте… Первое появление жизни… должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. Должны были сразу появиться биоценозы».

Третий постулат: « в общем монолите жизни, как бы не менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». Т.е. первичная биосфера, представленная «совокупностями» организмов типа биоеценозов, была главной «действующей силой» геохимических преобразований на планете.

Четвертый постулат: «Живые организмы… своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом… непрерывной сменой поколений… порождают одно из грандиознейших планетных явлений… - миграцию химических элементов в биосфере».

Пятый постулат: «Все без исключения функции живого вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами.

И еще один вывод Вернадского: «Главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения».