ПОНЯТИЕ О БИОСФЕРЕ – ОБЛАСТИ РАСПОСТРАНЕНИЯ ЖИЗНИ

Лекция 1

О курсе

Курс «Учение о биосфере» предназначен для студентов, обучающихся по специальности – Экология и Биология и входит в перечень дисциплин, завершающих образование. Учение о биосфере создавалось трудами выдающегося российского естествоиспытателя и мыслителя В. И. Вернадского на протяжении 20-30-х гг. ХХ в. Биосфера рассматривается как целостная система, эволюционирующая под влиянием деятельности живого вещества. Показано важнейшее место учения о биосфере в решении вопросов устойчивости биосферы в эпоху роста антропогенной нагрузки на экосистемы. Основное внимание уделено следующим моментам:

• структурно-функциональному единству компонентов биосферы, связанному с биологическим круговоротом веществ;
• идеям Вернадского о геохимической и геологической роли живого вещества, об эволюции биосферы в связи с эволюцией живых организмов, а также учению о ноосфере;
• новым представления и научным гипотезам об усложнении организованности биокосных систем планеты, эволюции интегральных характеристик биосферы;
• взглядам современных ученых на периодизацию истории биосферы, взаимосвязи истории природы и истории общества, а также техногенной трансформации экосистем и геосфер планеты на современном этапе развития биосферы;

В результате освоения материалов дисциплины студенты будут:

знать:

• живое вещество планеты - комплекс разнообразных организмов - функционирует едино в виде потока атомов и энергии;
• эволюция видов живых организмов переходит в эволюцию биосферы: изменяются атмосфера, гидросфера и литосфера, эволюционируют биокосные системы, появляются адаптации биосферного уровня (фотосинтетический механизм, озоновый экран, почвенный покров и др.);
• в ходе эволюции жизни и биосферы степень воздействия живого вещества на косные системы возрастала, что обусловлено увеличением емкости и интенсивности биологического круговорота химических элементов, аккумуляцией солнечной энергии в биосфере, ростом информации;
• небывалая мощь вооруженного наукой и техникой человека породила необходимость ограничения масштабов его воздействия на живое вещество и другие компоненты биосферы, иначе будут разрушены механизмы биосферной саморегуляции.

уметь:

оценить роль живых организмов в устойчивом функционировании экосистем и биосферы, привлекая количественные данные об абиогенных, биогенных и техногенных потоках элементов и энергии в биосфере.

П Р Е Д И С Л О В И Е

Учение о биосфере создавалось трудами выдающегося российского естествоиспытателя и мыслителя В. И. Вернадского на протяжении 20-30-х гг. ХХ в. Его идеи опередили свое время и были должным образом оценены много позже. В настоящее время преподавание дисциплины – учение о биосфере входит в систему университетского биологического образования. Учение о биосфере занимает важнейшее место в решении вопросов устойчивости биосферы в эпоху роста антропогенной нагрузки на экосистемы. Изучению этой дисциплины предшествуют курсы ботаники, микробиологии, зоологии, почвоведения, растениеводства, теории эволюции живых организмов и экологии. Книга может быть полезна географам и представителям других естественных специальностей.

В. И. Вернадским создано целостное учение о биосфере, более поздние научные разработки касались преимущественно частных проблем. Новые материалы связаны с современным техногенным этапом в развитии биосферы.

Наука находится лишь в самом начале процесса изучения материально-энергетической организованности биосферы. Все предположения о прошлом устройстве биосферы в той или иной степени гипотетичны. Вот почему предлагаемое учебное пособие содержит много положений дискуссионного характера. Автор с благодарностью примет все критические замечания и предложения.

В В Е Д Е Н И Е

Биосфера чрезвычайно разнообразна, ее единство как особой оболочки Земли воспринимается не сразу. Что же позволяет рассматривать атмосферу, почву, океан и другие природные системы как части единого целого? Существуют ли "сквозные" природные процессы, характерные для всех частей биосферы? Главный механизм, определяющий единство и целостность биосферы, – биологический круговорот атомов. Он является главным агентом химической работы, источником энергии которой служит Солнце. Автотрофные зеленые организмы аккумулируют в процессе фотосинтеза солнечную энергию, образуя химически активные вещества, в том числе кислород и органические соединения. Богатство свободной химической энергией определяет неравновесность биосферы. В соответствии с законами термодинамики в биосфере протекают окисление органических веществ и другие процессы, направленные к достижению равновесия, которое никогда не достигается, так как новые порции активных соединений благодаря живым организмам все время поступают в систему. Солнечная энергия в виде энергии биохимических связей становится энергией геохимических процессов, преобразующих косные компоненты биосферы.

В последние десятилетия ХХ в. учение о биосфере приобрело особую экологическую значимость. В биосферной и экологической программе РАН, в Международной геосферно-биосферной программе, во многих других краткосрочных и долгосрочных программах экологической безопасности широкое распространение получила стратегия, в основу которой положены переход на тотальную переработку производственных отходов, внедрение безотходных технологий, использование экологически чистых и практически неограниченных источников энергии – таких, как термоядерная энергия или солнечная энергия пустынных районов. Эта стратегия основана на предположении, что все экологические проблемы обусловлены производственным загрязнением. В рамках подобных представлений заключаются международные соглашения о системах мониторинга загрязнений, о сокращении выбросов хлоруглеродов, углекислого газа и серы, создаются многие региональные программы.

Однако проблемы сохранения биосферы Земли далеко не исчерпываются техногенным загрязнением. Начиная с нынешнего столетия, потребление исходных продуктов и воды возросло более чем в 10 раз и сейчас достигает соответственно 20 т и 800 т на душу населения ежегодно, что обусловлено достаточно быстрым ростом численности населения планеты. Хотя с развитием цивилизации физиологические потребности человека остались неизменными, потребность в разнообразных ресурсах в условиях развивающейся цивилизации все время возрастает. Очистные сооружения и безотходные технологии увеличивают расходы ресурсов. Человек вынужден занимать все новые пространства под населенные пункты, дороги, поля, вытесняя природу в национальные парки, заповедники, зоопарки. В настоящее время количество видов, используемых человеком, постоянно сокращается и нет оснований предполагать, что многие виды животных и растений неизбежно понадобятся ему в будущем. Как правило, людям кажется чрезмерным расточительством тормозить прогресс и развитие цивилизации ради сохранения многообразия живых организмов.

При исчерпании цивилизацией невозобновимых природных ресурсов (горючие полезные ископаемые биогенного происхождения) неизбежно придет время перестройки на использование возобновимых ресурсов в режиме безотходной технологии, что приведет к дальнейшему увеличению потребления энергии и материалов на душу населения. Нарушив функции живого вещества, человек вынужден будет взять на себя управление биогенными процессами в биосфере, обеспечивая как чистоту безотходного производства, так и замкнутость биологического круговорота в биосфере. Такого типа конечный этап развития цивилизации часто называют ноосферой Вернадского, его правильнее было бы назвать "командно-управляющим". Но возможно ли вообще создание подобной управляющей системы? И во что такая система обойдется человечеству? Скорее всего, гигантская управляющая система (если ее вообще можно создать) потребует таких ресурсов, что для развития самой цивилизации и удовлетворения непосредственных нужд человека останется меньше ресурсов, чем имел доиндустриальный человек, живший в биосфере.

Есть и другая экологическая стратегия, основывающаяся на понимании того, что биосфера есть целостная система, выполняющая определенную программу, стабилизирующая себя и окружающую среду и гасящая внешние и внутренние искажающие воздействия. Такая система реагирует на воздействия, вызываемые человеком. До определенного порога она их гасит, а затем может потерять устойчивость и начать изменяться. Человек при всей мощи научно-технического прогресса остается частью биосферы в том смысле, что, разрушив современную материально-энергетическую структуру биосферы, он разрушит и самого себя. В рамках такого подхода нужна стратегия, которую можно назвать "истинной ноосферой". Суть стратегии заключается в сознательном управлении человека не производством и биосферой, а самим собой как биологическим видом, который переступил уже все пороги и все запреты.

В.И. Вернадский всесторонне – в онтологическом, логическом и гносеологическом аспектах – обосновал понимание учения о биосфере как общетеоретической основы всего естествознания в целом. Именно в качестве развитой научно-теоретической формы общего естествознания учение о биосфере приобретает огромное практическое значение. Учение о биосфере начинает выступать как общетеоретическая концепция стабилизации биосферы в условиях все возрастающей антропогенной нагрузки. Иначе говоря, учение о биосфере оказывается общенаучной основой охраны природы.

ПОНЯТИЕ О БИОСФЕРЕ – ОБЛАСТИ РАСПОСТРАНЕНИЯ ЖИЗНИ