Космос и биосфера

6. Биосфера Земли

    В буквальном смысле термин «биосфера» обозначает сферу жизни, и в таком смысле он впервые был введён в науку в 1875г. Австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831-1914) однако задолго до этого под другими названиями, в частности «пространство жизни», «картина природы», живая оболочка Земли» и т.п. его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

     Первоначально под  всеми этими терминами подразумевалось  только совокупность живых организмов, обитающих на нашей планете,  хотя иногда и указывалась их связь с географическими, геологическими и космическими процессами, но и при этом скорее обращалось внимание на зависимость живой природы от сил и веществ неживой природы.

    Первый из биологов, который  ясно указал на огромную роль  живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б. Ламарк (1744-1829гг.)  Он подчёркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.

     Постепенно идея о  тесной взаимосвязи между живой и неживой природой, об обратном воздействии живых организмов и их систем на окружающие их физические, химические и геологические факторы, всё настойчивее проникала в сознание учёных и находила реализацию в их конкретных исследованиях. Этому способствовали и перемены, произошедшие в общем подходе естествоиспытателей к изучению природы. Поэтому на рубеже 19-20вв. в науку всё шире проникают идеи целостного подхода к изучению природы, которые в наше время сформировались в системный метод изучения.

    Выдающийся российский учёный В.И. Вернадский (1863-1945гг.) исследовал, каким образом и в какой мере живое существо влияет на физико-химические и геологические процессы, происходящие на поверхности Земли и земной коре.

     Биосфера, по определению В. И. Вернадского, - наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios -жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40...50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25...30 км, до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океаны) и верхнюю часть земной коры - литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещество (растения, животные и микроорганизмы); биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории - каменный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные породы неорганического происхождения и вода); биокосное вещество (продукт синтеза живого и неживого, т. е. осадочные породы, почвы, илы).

Отличительная и определяющая особенность биосферы состоит в ее целостности и населенности жизнью. Живое вещество Земли представляет собой самую мощную силу в биосфере, материально и энергетически определяющую ее функции. В результате, непрерывного взаимодействия (обмена) между компонентами биосферы, под влиянием живого вещества изменяются как населяющие биосферу организмы, так и среда, в которой они живут. Благодаря живому веществу поддерживаются взаимосвязь и взаимообусловленность всех компонентов в биосфере. Эта многосторонняя и разнообразная связь определяет биосферу как гигантскую экологическую систему, в которой человек является, с одной стороны, биологической частицей всей системы, а с другой активным ее преобразователем.

Неуправляемо возрастающая техническая и энергетическая вооруженность человека, отрицательно влияет на сбалансированность процессов в биосфере. Поэтому сегодня глобальной задачей человечества является определение и осуществление допустимых пределов воздействия на биосферу, в целях предотвращения экологической катастрофы.

Представление о жизни  как о сплошной «пленке» живого вещества, покрывающего Землю, сформировал в XVIII в. Ламарк, а в 1920-х годах советский биохимик В.И. Вернадский предложил научное обоснование биосферы. Он доказал, что все три оболочки Земли связаны с живым веществом, которое непрерывно воздействует на неживую природу.

Биосфера - гигантская экологическая система, в которой человек выступает и как ее частица и как ее преобразователь. Конечная цель человека - управление всеми процессами в биосфере, преобразование ее в ноосферу - сферу разума.

Основной особенностью живого существа является, кроме клеточной  деятельности и передачи информации, способ использования энергии. Живые существа улавливают энергию космоса в виде солнечного света, удерживают ее в виде энергии сложных органических соединений (биомасса), передают ее друг другу и трансформируют в другие виды энергии (механическую, электрическую, тепловую). Неживые вещества преимущественно рассеивают энергию.

Живое вещество, биосфера, преобразует энергию Солнца в  свободную энергию, способную совершать  работу. Работа, производимая жизнью, состоит  в переносе и перераспределении  химических элементов в биосфере.

Все почвы и минералы поверхности (чернозем, глина, известняк, руда, месторождение углей и нефти) образовались под воздействием жизни.

Преобразование энергии  в организмах основано на разнице  температуры и других принципах. Живые существа следует рассматривать как химические машины, где химическая энергия преобразуется в другие виды энергии.

Другая особенность  живых организмов - это их способность  к самовоспроизведению. Итак, к особенностям функционирования живых существ  относятся:

* способность к самовоспроизведению;

* способность образования полимерных оболочек, ограждающих живое вещество от косной среды;

* способность аккумулировать  и передавать химическую энергию,  а также осуществлять химические реакции в нормальных условиях температуры и давления без образования побочных продуктов. Жизнь на Земле идеально экологична.

В заключение остановимся  на эволюции биосферы - самой большой  экосистемы Земли. На первом этапе (примерно 3 млрд. лет тому назад) происходило образование органического вещества в результате синтеза в абиотических процессах. Атмосфера Земли состояла из водорода, азота, окиси углерода, метана; содержала вредный для жизни хлор и пр., не содержала кислорода. Ультрафиолетовое излучение (озона тогда не было) вызвало химическую реакцию, в результате которой появились аминокислоты - сложные молекулы органических веществ. Сформировались анаэробные организмы, которые находились под водой.

За счет их деятельности через миллиард лет появился кислород, который частично превратился в озон и защитил Землю от ультрафиолетового излучения. Вероятно, жизнь, меняя только форму, сама создала для себя необходимые условия (в частности, наличие кислорода). Биосфера, представляет собой единый организм. В жизни природы, в Космосе не человек является главной целью мироздания. В мире нет человека и природы, нет человека и Космоса, человека и  Вселенной. Есть природа, Космос, Вселенная, а человек - только их маленькая частица, единственная возможность для человека выжить - это подчиняться законам Вселенной. Как писал знаменитый английский философ XVII в. Фрэнсис Бэкон, «Мы не можем управлять природой иначе, как подчиняясь ей». В этом предназначение человека XXI в.

      Человек живет в биосфере, от нее неотделим. Он только может ее непосредственно исследовать всеми своими органами чувств, может ощущать ее – ее и ее объекты. 
Человек очень мало знает о том, что находится за пределами биосферы, т.е. в космосе. Он может только догадываться о многих фактах, анализируя, небесный свод при помощи своего зрения или исследую попавшее на Землю внеземное вещество. 
Хотя количество знаний о космосе постоянно растет, оно ничтожно мало по сравнению с тем, что мы знаем о биосфере. Наше знание о космосе резко отлично от знания наук, построенных на объектах биосферы. Оно дает нам только основные общие контуры его строения. 
Но и в другой стороне от биосферы – в земных недрах, в глубине планеты мы сталкиваемся с аналогичными условиями – с ограниченностью точного знания. Поэтому человек может лишь делать заключения об этой среде, о ее строении и особенностях. Здесь человек лишен одного из главных органов чувств – глаз. Поэтому он не может охватить своим разумом то, что скрыто под слоем земной коры. 
С другой стороны, человек имеет возможность более подробно изучать эту область, так как он может: 
1) постепенно в ходе времени углублять область, непосредственно доступную его органам чувств, и предел этого углубления зайдет далеко за пределы биосферы; 
2) он может связывать глуби планеты – земную кору ниже биосферы и, может быть, ближайшие закорковые более глубокие области, неразрывно материально с биосферой связанные, с тем разнообразным и глубоким научно охватываемым фактическим материалом, который вытекает из наук, изучающих биосферу. 
Следует отметить, что прогноз в изучении геосферы более благоприятен, нежели в научном построении космоса. 
      Научное знание – проявление ноосферы, которая, в свою очередь, является геологически новым состоянием биосферы, вызванным знанием. В ходе истории Homo Sapiens создает новую форму культурной биогеохимической энергии и связанную с ней ноосферу.

      Ноосфера – последнее из многих состояний эволюции биосферы в геологической истории – состояние наших дней. Ход этого процесса только начинает нами выясняться из изучения ее геологического прошлого в некоторых своих аспектах. 
Можно привести несколько явлений в истории биосферы, столь же значимых, как и ноосфера. Так, например, пятьсот миллионов лет назад впервые в биосфере появились богатые кальцием скелетные образования животных. Это – кальциевая функция живого вещества, ныне мощно развитая. Она явилась одной из важнейших эволюционных стадий геологического изменения биосферы. Примерно 70-110 миллионов лет назад в биосфере впервые создались наши зеленые леса, всеми так горячо любимые. Это – другая большая эволюционная стадия, аналогичная ноосфере. 
Переход биосферы в ее новое состояние, которое мы называем теперь ноосферой, то есть вступление человечества в новую эру своего развития, в эпоху ноосферы, обеспечение коэволюции (совместного развития) человека и биосферы не могут произойти автоматически. Это будет мучительный и небыстрый процесс выработки новых принципов согласования своих действий и нового поведения людей. Другими словами, новой нравственности. Это означает, что переход в эпоху ноосферы потребует коренной перестройки всего нашего бытия, смену стандартов и идеалов. 
Сейчас же мы переживаем новое геологическое эволюционное изменение биосферы. Мы входим в ноосферу.

7. Причины и характер загрязнения биосферы

Загрязнение биосферы - одна из древнейших проблем человеческой цивилизации.

Опасность для биосферы состоит в следующем:

* использование человеком  преимущественно внутренних по  отношению к биосфере источников  энергии (органическое топливо);

* использование нерациональных  хозяйственных циклов, приводящих  к появлению отходов;

* использование вредных  для природы синтетических веществ;

* уничтожение человеком  структурного многообразия биосферы, что разрушает экосистемы.

Появление новых болезней - реакция биосферы на вмешательство человека.

По характеру возникновения  загрязнения подразделяют на естественные и антропогенные. Естественные загрязнения возникают в результате природных, как правило, катастрофических процессов (например, мощное извержение вулкана, селевой поток и т.п.), вне всякого влияния человека на эти процессы, антропогенные - в результате хозяйственной деятельности человека. Интенсивность антропогенных загрязнений непосредственно связана с ростом численности населения земного шара и в первую очередь с развитием крупных промышленных центров.

Антропогенные загрязнения подразделяются на  промышленные, сельскохозяйственные и военные. Промышленные загрязнения вызываются отдельно взятым предприятием или их совокупностью, а также транспортом. Сельскохозяйственные загрязнения обусловлены применением пестицидов, дефолиантов и других агентов, внесением удобрений в количествах, не усваиваемых культурными растениями, сбросом отходов животноводства и другими действиями, связанными с сельскохозяйственным производством. Военные загрязнения возникают в результате работы предприятий военной промышленности, транспортировки военных материалов и оборудования, испытания образцов оружия, функционирования военных объектов и всего комплекса военных средств в случае ведения военных действий. Последствия войны с применением атомного оружия могут привести к апокалипсису - «ядерной зиме».

Загрязнение атмосферы - привнесение в воздух или образование в нем химическими веществами или организмами физических агентов, неблагоприятно воздействующих на среду жизни или наносящих урон материальным ценностям, а также  образование антропогенных физических полей.

Загрязнение гидросферы - поступление в воду загрязнителей в количествах и концентрациях, способных нарушить нормальные условия среды в значительных по размерам водных объектах.

Загрязнение почвы - привнесение и возникновение в почве новых, обычно не характерных для нее физических, химических или биологических агентов, которые меняют ход почвообразовательного процесса (тормозят его), резко снижают урожайность, вызывают накопление загрязнителей в растениях (например, тяжелых металлов), из которых эти загрязнения прямо или косвенно (через растительные или животные продукты питания) попадают в организм человека.

Загрязнение космического пространства - общее засорение околоземного и ближнего космического пространства космическими объектами. Наиболее опасно радиоактивное загрязнение из-за вывода на орбиты и разрушения ядерных реакторов, кроме того «космического мусора», который вносит помехи в нормальное функционирование наземных радиотехнических и астрономических приборов. По характеру воздействия загрязнения подразделяют на первичные и вторичные.

Первичное загрязнение - поступление в окружающую среду не посредственно загрязнителей, образуемых в ходе естественных природно-антропогенных и чисто антропогенных процессов.

Вторичное загрязнение - образование (синтез) опасных загрязнителей в ходе физико-химических процессов, идущих не посредственно в окружающей среде. Так, из нетоксичных составляющих в некоторых условиях образуются ядовитые газы - фосген; фреоны, химически инертные у поверхности Земли, вступают в стратосфере в фотохимические реакции, вырабатывая ионы хлора, служащие катализатором при разрушении озонового слоя (экрана) планеты. Отдельные реагенты такого взаимодействия могут быть неопасными.

По механизму воздействия  загрязнения подразделяются на: механические, физические (тепловые, световые, акустические, электромагнитные), химические, радиационные, биологические.

Механические  загрязнения - засорение среды агентами,  оказывающими главным образом неблагоприятное механическое воздействие на естественные и искусственные объекты.

Физические  загрязнения - связаны с изменением физических параметров среды: температурно-энергетические (тепловые),  волновые (световые, акустические, электромагнитные), радиационные (радиационные, радиоактивные).

Тепловые (термальные) загрязнения обусловлены повышением температуры среды, главным образом в связи с промышленными выбросами нагретого воздуха, отходящих газов (продукты  сгорания, выбрасываемые в дымовую трубу) и вод. Могут возникать и как вторичный результат изменения химического состава среды (например, парниковый эффект - постоянное потепление климата на планете в результате накопления в атмосфере углекислого и других газов (метана, фтор - и хлор. углеродов), которые аналогично покрытию теплицы, пропуская солнечные лучи, препятствуют длинноволновому тепловому излучению уходить с поверхности Земли).