Биосфера в структуре экологических знаний

Одно из самых захватывающих изображений ХХ века – это фото восхода Земли, снятого с лунной орбиты в 1968 г. Люди всегда знали, что наша планета уникальна. Тем не менее, они оказались не готовы к столь потрясающему контрасту между нашей бело-голубой планетой и холодным ландшафтом Луны и безжизненным мраком космической бездны. С той далекой точки Земля выглядит маленькой, одинокой и уязвимой.

Биосфера – это пространство в пределах нашей планеты, в котором существуют различные формы активной жизни и свойственные им взаимодействия с окружающей средой. Академик В.И. Вернадский обращал особое внимание на наличие в биосфере динамического равновесия между косным и живым веществом, а также на организованность биосферы, проявляющуюся в циклических процессах обмена веществом и энергией.

Главным действующим лицом в пространстве биосферы являются живые организмы, осуществляющие биогеохимические круговороты веществ и энергии. Любая жизнь требует постоянного притока энергии и вещества. Энергия расходуется на осуществление жизненных реакций , а вещество идет на построение тел организмов.

Основной теоретической составляющей учения о биосфере является наука экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений сообществ растительных и животных организмов между собой и окружающей средой. В экологии пересекаются и сочетаются методы и знания биологов, физиков, химиков, геологов, агрономов, историков, социологов и других специалистов. Эта синтетическая наука в соответствии с различными уровнями организации жизни имеет несколько самостоятельных дисциплин: общая экология с множеством разделов, прикладная экология с множеством разделов, социальная экология с множеством разделов.

По отношению к средам различают экологию суши и морскую, экологию Крайнего Севера и высокогорий. По отношению к предметам различают экологию растений, грибов, микроорганизмов, животных, человека, инженерную экологию.По фактору времени изучают историческую и эволюционную экологию. Эволюционная экология рассматривает изменения в биосфере, связанные с развитием жизни на Земле, она позволяет реконструировать экосистемы прошлого, используя палеонтологию. Историческая экология изучает изменения, связанные с развитием человеческой цивилизации.

Мы – обитатели дна беспокойного воздушного океана. Изменяется давление, температура, влажность, сила ветра, электрическая и магнитная активность – все это влияет на наше самочувствие и нарушает работу различных жизнеобеспечивающих систем. Мы живем на планете воды. Влияние Мирового океана ощущаются повсюду: тропические циклоны, ураганы, цунами врываются на сушу, вызывая разрушения и потопы.Мы живем на подвижной каменной тверди – литосфере, которая время от времени вздрагивает и трясется, отчего рушатся дома и гибнут люди (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Картина Карла Брюллова «Гибель Помпеи»

На живые организмы и характер их отношений в составе биосферы оказывают влияние три группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные. Ведущим абиотическим фактором экосистем является климат. Следует иметь в виду, что все факторы среды действуют на живые организмы одновременно, хотя для каждого вида основным может быть какой-то один фактор. Жизнь любого организма протекает между минимальным и максимальным значениями каждого экологического фактора.

Основной структурной единицей биосферы является экологическая система, в состав которой могут входить природные объекты различной сложности и размеров. Экосистема – это единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, связанными между собою обменными процессами. Биосфера как таковая является самой большой (глобальной) экосистемой Земли.

Любая природная экосистема состоит из биоценоза и биотопа.Биотоп (местообитание) – участок земной поверхности с однородными экологическими факторами среды. Биоценоз – сообщество растений, животных, микроорганизмов и грибов, населяющих данный биотоп и характеризующихся определенными отношениями между собой. Иногда в качестве синонима понятия «экосистема» используют понятие «биогеоценоз»,как участок или как единица биосферы. Сказанное можно выразить следующей формулой:

Биогеоценоз = Биоценоз + Биотоп

Биоценоз (живую часть экосистемы) образуют видовые популяции – совокупности особей одного вида, воспроизводящие себя в большом числе поколений. В биологии популяция рассматривается как элементарная единица процесса эволюции. Для понимания функционирования экосистем изучают рождаемость и смертность, плотность ичисленность популяции. Каждый вид характеризуется ареалом – областью распространения.

Общей для человека и других существ является необходимость обмениваться с окружающей средой веществом и энергией, поэтому можно сказать, что каждый человек несет природу внутри себя. При этом все необходимые для жизни средства человек добываеттрудом, то есть взаимодействует с природой не только как биологическое существо, но и как существо социальное.

Все компоненты биосферы связаны друг с другом обменными процессами, которые являются звеньями глобального биологического круговорота вещества и энергии в его взаимодействии с геологическим круговоротом. Каждый компонент биосферы играет незаменимую роль в поддержании её целостного характера. Изменение любого из компонентов биосферы рано или поздно отражается на остальных, что обеспечивает саморегуляцию биосферы.

Исходная энергия, поступающая в пространство биосферы, – это энергия солнечного излучения, которая усваивается при фотосинтезе растениями-автотрофами. Природные экосистемы характеризуются биологической продуктивностью – способностью воспроизводить биомассу организмов. Органическое вещество и энергия передаются от автотрофов гетеротрофам по трофическим (пищевым) цепям.

Биосферу можно представить как совокупность множества экологических ниш, занятых организмами. Если организмы одного трофического уровня претендуют на одну и ту же нишу, то между ними возникает конкурентная борьба за обладание пищей.

Хозяйственная деятельность человека разрушает природные и создает новые (искусственные) экосистемы: осушенные болота, водохранилища, массовые вырубки. Строя города и плотины, прокладывая дороги и каналы, распахивая территории, человек меняет лик Земли. Закономерности отношений в системе «общество-природа» являются предметом рассмотрения социальной экологии, задача которой состоит в том, чтобы предложить эффективные способы управления биосферой. Обмен веществом и энергией между человеком и природой всё более опосредуется техническими средствами, в результате усиливается процесс отдаления человека от природы.

Наша планета – это живое тело, имеющее биосферу, наделенную свойствами живого организма. Животные, растения и человек – порождения этого глобального организма. Английский ученый Джеймс Лавлок заметил:«Биосфера заботлива и нежна с теми, кто соблюдает правила, но беспощадна к тем, кто их нарушает. Цель биосферы заключается в стремлении поддерживать условия, пригодные для жизни».

Все прежние стратегии развития и прогнозы не учитывали экологический фактор, а учитывали только традиционные тенденции (рост населения, рост потребления, рост производства) и имели оптимистический характер. Однако учет экологических параметров, учет ресурсных возможностей биосферы сразу перевел глобальный оптимистический прогноз в пессимистический. (Д.Медоуз «Пределы роста», 1972 г.).

Так впервые в науке была поставлена проблема возможного конца цивилизации не в каком-то отдаленном будущем, о чем предупреждали пророки, а уже в этом веке. Причем причины прогнозируемой гибели цивилизации вполне конкретные и даже прозаические.Экономические развитые страны опасно «давят» на биосферу в основном промышленностью. Экономически отсталые страны нагружают биосферу в основном демографическим бумом. Отсюда возникла потребность в выяснении вариантов предотвращения грядущей катастрофы. Человек должен предложить способы управления биосферой, чтобы показать, как можно рационально эксплуатировать природу, как сохранить в биосфере экологическое равновесие.