Биосфера и цивилизация

почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва

включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и

органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов[3].

Живые организмы (живое вещество).

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах

распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы

и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена

главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое

океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса

организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и

0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений

приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей

биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса

океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,

обитающих на Земле.

В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается важная

закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но их

вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -

беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -

млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного

вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических

процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы

черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи

воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря

жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10%

биомассы[3].

4.2. Эволюция биосферы.

Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя

целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним

законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного

излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных

тел)

По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е.

оболочки, образованной .веществом Земли, происходило на ранних стадиях

существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли

были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на

поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях

вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие

процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и

их спутниках - Марсе, Венере, Луне.

С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала медленно

и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться влияние живой

материи на геологические процессы Земли.

Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты, привела к

возникновению нового образования - биосферы - тесно взаимосвязанной единой

системы геологических и биологических тел и процессов преобразования

энергии и вещества. Размеры преобразований, осуществляемых живой материей,

достигли планетарных масштабов, существенно видоизменив облик и эволюцию

Земли.

Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности зеленых

растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней появился

кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно влияет

концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.

Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в косной

(неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату,

топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.

Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени

относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в

постоянном динамическом равновесии и развитии[2].

В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды, планетарные

перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,

характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихся

одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью -

количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу

времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический

круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость

миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов

в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой[1].

Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в

биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные

(местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем

(биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.

Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по

безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для

жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние

времена различные жизненные формы и виды растений, животных,

микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество,

можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в

вечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканических

районов.

Такую способность к распространению живого вещества В.И.Вернадский назвал

“всюдностью жизни”[2].

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ,

умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости.

Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования

энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями,

сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический

вид на основе многочисленных изменений приобрел не только сознание

(совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность

изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.

Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически

искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты

питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в

новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.

Биосфера и человек. Ноосфера.

Термин “ноосфера” был предложен в1927 году французским математиком и

философом Э.Леруа. “Noos” - древнегреческое название человеческого

разума[3].

Первая созданная человеком культура-палеолит (каменный век) - продолжалась

примерно 20-30 тысяч лет. Она совпадала с длительным периодом оледенения.

Экономической основой жизни человеческого общества была охота на крупных

животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога, осла,

лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят

многочисленные кости диких животных - свидетельство успешной охоты.

Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно

быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов. Если мелкие

травоядные могли восполнить потери от преследования охотниками высокой

рождаемостью, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены

этой возможности. Дополнительные трудности возникли вследствие изменения

природных условий в конце палеолита. 10-12 тысяч лет назад наступило резкое

потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе, вымерли

крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся

экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития,

характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским

отношением к окружающей среде.

В следующую эпоху - эпоху неолита (новый каменный век) - наряду с охотой,

рыбной ловлей и собирательством все большее значение приобретает процесс

производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и

разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тысяч лет

назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу,

ячмень, чечевицу, кости домашних животных - коз, свиней, овец. Развиваются

зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется

огонь и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и

как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается

металлургия.

Возникновение антропоценозов.

Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за последние

два столетия, и особенно в наши дни, привели к тому, что деятельность

человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей силой

дальнейшей эволюции биосферы. Возникли антропоценозы (от греческого

anthropos - человек, koinos - общий, общность) - сообщества организмов, в

которых человек является доминирующим видом, а его деятельность-

определяющей состояние всей системы. В.И.Вернадский считал, что влияние

научной мысли и человеческого труда обусловили переход биосферы в новое

состояние - ноосферу (сферу разума)[3]. Сейчас человечество использует для

своих нужд все большую часть территории планеты и все большие количества

минеральных ресурсов.

4.3. Природные ресурсы и их использование.

Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают

возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат

основой материального производства человеческого общества. Среди природных

богатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы.

Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические и

водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом

огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают

атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную

воду уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый. поскольку во многих

регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о

неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за

загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом.

Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне технологии

использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно рассматривать

как неисчерпаемые только при разработке и реализации крупномасштабных

программ, направленных на восстановление их качества[3].

Исчерпаемые ресурсы.

Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые.

К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие почв. Из

числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни человека играет

лес. Лес имеет немаловажное значение как географический и экологический

фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают поверхностные воды,

т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержанию уровня грунтовых

вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную и эстетическую

ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. В нашей стране леса

занимают около 30% всей ее суши и являются одним из природных богатств.

К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. Их использование

человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами, которые нашли

применение, были самородные золото и медь. Добывать руды, содержащие медь,

олово, серебро, свинец умели уже за 4000 лет до н.э. В настоящее время

человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности преобладающую часть

известных минеральных ресурсов. Если на заре цивилизации человек

использовал для своих нужд всего около 20 химических элементов, в начале XX

века - около 60, то сейчас более 100 - почти всю таблицу Менделеева.

Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100 млрд. т руды,

топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этих ресурсов[2].

Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменного угля, нефти

и газа. В современных условиях значительная часть поверхности Земли

распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные

пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельского

хозяйства потребовало больших площадей для строительства городов,

промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения

коммуникаций. Таким образом к настоящему времени человеком преобразовано

около 20% суши[3].

Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственной

деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и

невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча

полезных ископаемых.

Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник

ресурсов, однако, в течение очень длительного времени его деятельность не

оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия

изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя

внимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились на

человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни

человечество постоянно наращивает темпы материального производства, не

задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от

природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или не

пригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, и

самого человека[2].

4.4. Пределы устойчивости.

Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик нашей

планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические или

физические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.п.).

Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой

существует или когда-нибудь существовала жизнь и которая постоянно

подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.[1]

Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно

мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким

потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и в

конечном счете представляют в своей совокупности особый, глобальных

масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.

Значение организмов обусловлено их разнообразием, повсеместным

распространением, длительностью существования в истории Земли,

избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой

химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Особой категорией является биокосное вещество. Вернадский писал, что оно

"создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными процессами,

представляя системы динамического равновесия тех и других".[1] Организмы в

биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество планеты - это

почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства, которые зависят от

деятельности на Земле живого вещества. Биосфера - это та область Земли,

которая может быть охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций

биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты,

поддерживающую глобальный круговорот веществ.

Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема, работающая

в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех составляющих ее

частей и процессов.

Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых

организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в

поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем

переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на

согласовывании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости

отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей

и зависимостей.

Как показывают исследования, по крайней мере последние 600 млн. лет,

начиная с Кембрия, характер основных круговоротов на Земле существенно не

менялся. Осуществлялись фундаментальные геохимические процессы, характерные

и для современной эпохи: накопление кислорода, связывание инертного натрия,

осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных и

марганцевых руд, сульфидных минералов, накопление фосфора и т. д. Менялись

лишь скорости этих процессов. По-видимому, не менялся существенно и общий

поток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Есть основание считать, что

масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с

карбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме

круговоротов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь

деятельностью самого живого вещества, обеспечивающего определенную скорость

фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов. Таким образом,

жизнь на Земле сама стабилизирует условия своего существования, что дает ей

возможность развиваться бесконечно долго.[1]

Однако стабильность атмосферы имеет определенные пределы, и нарушение ее

регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.

Выступая как важнейший агент связывания и перераспределения на поверхности

Земли космической энергии, живое вещество выполняет тем самым функцию

космического значения.

Однако в настоящее время на Земле появилась новая сила, по мощности

воздействия не уступающая суммарному действию живых организмов -

человечество с его социальными законами развития и мощной техникой,

позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов. Современное

человечество использует не только огромные энергетические ресурсы биосферы,

но и небиосферные источники энергии (например, атомной), ускоряя

геохимические преобразования природы. Некоторые процессы, вызванные

технической деятельностью человека, направлены противоположно по отношению

к естественному ходу их в биосфере (рассеивание металлов, руд, углерода и

др. биогенных элементов, торможение минерализации и гумификации,

освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушение

крупномасштабных процессов в атмосфере, влияющих на климат и т.п.).[1]

Вернадский считал возможным говорить даже об автотрофной роли человека,

понимая под этим возрастающие масштабы искусственного синтеза органических

веществ, часто даже не имеющих аналогов в живой природе.[1]

Современная деятельность человека во многом нанесла непредвиденный ущерб

окружающей среде, что в конечном итоге угрожает дальнейшему развитию самого

человечества. Эти изменения на данном этапе еще не являются непоправимыми.

Поэтому одна из задач современной экологии - это изучение регуляторных

процессов в биосфере, создание научного фундамента ее рационального

использования. Основные законы функционирования биосферы уже

вырисовываются, но предстоит еще многое сделать объединенными усилиями

экологов всех стран мира.

4.5. Биопродуктивность экосистем.

Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в

химических связях синтезируемого органического вещества, определяет

продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за

Страницы: 1, 2, 3, 4