Назва реферату: Біосфера та сучасні погляди на її проблеми
Розділ: Екологія
Біосфера та сучасні погляди на її проблеми
Вступ.
1. Характеристика і склад біосфери.
У буквальному перекладі термін “біосфера” означає сферу життя й у такому змісті він уперше був введений у науку в 1875 р. австрійським геологом і палеонтологом Едуардом Зюсом (1831 – 1914). Однак задовго до цього під іншими назвами, зокрема «простір життя», «картина природи», «живаючи оболонка Землі» і т.п., його зміст розглядався багатьма іншими натуралістами.
Спочатку під усіма цими термінами малася на увазі тільки сукупність живих організмів, що живуть на нашій планеті, хоча іноді і вказувався їхній зв'язок з географічними, геологічними і космічними процесами, але при цьому скоріше зверталася увага на залежність живої природи від сил і речовин неорганічної природи. Навіть автор самого терміна «біосфера» Э.Зюсс у своїй книзі «Лик Землі», опублікованої майже тридцять років після введення терміна (1909 р.), не зауважував зворотного впливу біосфери і визначав її як «сукупність організмів, обмежену в просторі і в часі й на поверхні Землі».
Першим з біологів, що ясно вказав на величезну роль живих організмів в утворенні земної кори, був Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Він підкреслював, що всі речовини, що знаходяться на поверхні земної кулі й утворюючі його кору, сформувалися завдяки діяльності живих організмів.
Факти і положення про біосферу накопичувалися поступово в зв'язку з розвитком ботаніки, ґрунтознавства, географії рослин і інших переважно біологічних наук, а також геологічних дисциплін. Ті елементи знання, що стали необхідними для розуміння біосфери в цілому, виявилися зв'язаними з виникненням екології, науки, що вивчає взаємини організмів і навколишнього середовища. Біосфера є визначеною природною системою, а її існування в першу чергу виражається в круговороті енергії і речовин при участі живих організмів.
Дуже важливим для розуміння біосфери було встановлення німецьким фізіологом Пфефером (1845 – 1920) трьох способів харчування живих організмів:
автотрофне – побудова організму за рахунок використання речовин неорганічної природи;
гетеротрофне – будівля організму за рахунок використання низькомолекулярних органічних сполук;
Біосфера (у сучасному розумінні) – своєрідна оболонка Землі, що містить усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами.
Біосфера охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу і верхню частину літосфери.
Атмосфера – найбільш легка оболонка Землі, що граничить з космічним простором; через атмосферу здійснюється обмін речовини й енергії з космосом.
Атмосфера має кілька шарів:
тропосфера – нижній шар, що примикає до поверхні Землі (висота 9–17 км). У ньому близько 80% газового складу атмосфери і уся водяна пара;
стратосфера;
ноносфера – там “жива речовина” відсутня.
Переважні елементи хімічного складу атмосфери: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).
Гідросфера – водяна оболонка Землі. У наслідок високої рухливості вода проникає повсюдно в різні природні утворення, навіть найбільш чисті атмосферні води містять від 10 до 50 мгр/л розчинних речовин.
Переважні елементи хімічного складу гідросфери: Na+, Mg2+, Ca2+, Cl–, S, C. Концентрація того чи іншого елемента у воді ще нічого не говорить про тім, наскільки він важливий для рослинних і тваринних організмів, що живуть у ній. У цьому відношенні ведуча роль належить N, P, Si, що засвоюються живими організмами. Головною особливістю океанічної води є те, що основні іони характеризуються постійним співвідношенням у всьому обсязі світового океану.
Літосфера – зовнішня тверда оболонка Землі, що складає з осадових і магматичних порід. В даний час земною корою прийнято вважати верхній шар твердого тіла планети, розташований вище сейсмічної границі Мохоровичича. Поверхневий шар літосфери, у якому здійснюється взаємодія живої матерії з мінеральної (неорганічної), являє собою ґрунт. Залишки організмів після розкладання переходять у гумус (родючу частину ґрунту). Складовими частинами ґрунту служать мінерали, органічні речовини, живі організми, вода, гази.
Переважні елементи хімічного складу літосфери: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K. Поступово ідея про тісний взаємозв'язок між живою і неживою природою, про зворотний вплив живих організмів і їхніх систем на навколишні їх фізичні, хімічні і геологічні фактори усе наполегливіше проникала у свідомість вчених і знаходила реалізацію в їхніх конкретних дослідженнях. Цьому сприяли і зміни, що відбулися в загальному підході натуралістів до вивчення природи. Вони усе більше переконувалися в тім, що відособлене дослідження явищ і процесів природи з позицій окремих наукових дисциплін виявляється неадекватним. Тому на рубежі ХІХ – ХХ ст. у науку усе ширше проникають ідеї цілісного, підходу до вивчення природи, що у наш час сформувалися в системний метод її вивчення.
Результати такого підходу негайно позначилися при дослідженні загальних проблем впливу біотичних, чи живих, факторів на абіотичні, чи фізичні, умови. Так, виявилося, наприклад, що склад морської води багато в чому визначається активністю морських організмів. Рослини, що живуть на піщаному ґрунті, значно змінюють її структуру. Живі організми контролюють навіть склад нашої атмосфери. Число подібних прикладів легко збільшити, і усі вони свідчать про наявність зворотного зв'язку між живою і неживою природою, у результаті якої жива речовина значною мірою змінює лик нашої Землі. Таким чином, біосферу не можна розглядати у відриві від неживої природи, від якої вона, з однієї сторони залежить, а з іншого боку – сама впливає на неї. Тому перед натуралістами виникає задача – конкретно досліджувати, яким образом і якою мірою жива речовина впливає на фізико-хімічні і геологічні процеси, що відбуваються на поверхні Землі й у земній корі. Тільки подібний підхід може дати ясне і глибоке представлення про концепцію біосфери. Таку задачу саме і поставив перед собою видатний російський учений Володимир Іванович Вернадський (1863 – 1945).
2. В. І. Вернадський про біосферу і “живій речовині”.
Центральним у цій концепції є поняття про живу речовину, що В. І. Вернадський визначає як сукупність живих організмів. Крім рослин і тварин, В. І. Вернадський включає сюди і людство, вплив якого на геохімічні процеси відрізняється від впливу інших живих істот, по-перше, своєю інтенсивністю, що збільшується з ходом геологічного часу; по-друге, тим впливом, яке діяльність людей робить на іншу живу речовину.
Цей вплив позначається насамперед у створенні численних нових видів культурних рослин і домашніх тварин. Такі види не існували раніш і без допомоги людини або гинуть, або перетворюються в дикі породи. Тому Вернадський розглядає геохімічну роботу живої речовини в нерозривному зв'язку тварини, рослинного царства і культурного людства як роботу єдиного цілого.
На думку В.І.Вернадського, у минулому не додавали значення двом важливим факторам, що характеризують живі тіла і продукти їхньої життєдіяльності:
відкриттю Пастера про перевагу оптично активних з'єднань, зв'язаних з дисиметричністтю просторової структури молекул, як відмінної риси живих тіл;
явно недооцінювався внесок живих організмів в енергетику біосфери і їхній вплив на неживі тіла. Адже до складу біосфери входить не тільки жива речовина, але і різноманітні неживі тіла, що В. І. Вернадський називає відсталими (атмосфера, гірські породи, мінерали і т.д.), а також і біокосні тіла, утворені з різнорідних живих і відсталих тіл (ґрунти, поверхневі води і т.п.). Хоча жива речовина по обсязі і вазі складає незначну частину біосфери, але воно відіграє основну роль у геологічних процесах, зв'язаних зі зміною вигляду нашої планети.
Оскільки жива речовина є визначальним компонентом біосфери, остільки можна затверджувати, що воно може існувати і розвиватися тільки в рамках цілісної системи біосфери. Не випадково тому В. І. Вернадський вважає, що живі організми є функцією біосфери і найтіснішим образом матеріально й енергетично з нею зв'язані, є величезною геологічною силою, її визначальної.[1]
Вихідною основою існування біосфери і біогеохімічних процесів, що відбуваються в ній, є астрономічне положення нашої планети й у першу чергу її відстань від Сонця і нахил земної осі до екліптики, чи до площини земної орбіти. Це просторове розташування Землі визначає в основному клімат на планеті, а останній у свою чергу – життєві цикли всіх існуючих на ній організмів. Сонце є основним джерелом енергії біосфери і регулятором усіх геологічних, хімічних і біологічних процесів на нашій планеті. Цю її роль образно виразив один з авторів закону збереження і перетворення енергії Юліус Майер (1814 – 1878), що відзначив, що життя є створення сонячного променя.
Вирішальне відмінність живої речовини від відсталого полягає в наступному:
зміни і процеси в живій речовині відбуваються значно швидше, ніж у відсталих тілах. Тому для характеристики змін у живій речовині використовується поняття історичного, а у відсталих тілах – геологічного часу. Для порівняння відзначимо, що секунда геологічного часу відповідає приблизно ста тисячам років історичного;
у ході геологічного часу зростають міць живої речовини і його вплив на відсталу речовину біосфери. Це вплив, указує В.І. Вернадський, виявляється насамперед «у безупинному біогенному струмі атомів з живої речовини у відсталу речовину біосфери і назад»;
тільки в живій речовині відбуваються якісні зміни організмів у ході геологічного часу. Процес і механізми цих змін уперше знайшли пояснення в теорії походження видів шляхом природного добору Ч.Дарвіна (1859 р.);
живі організми змінюються в залежності від зміни навколишнього середовища, адаптуються до неї і, відповідно до теорії Дарвіна, саме поступове нагромадження таких змін служить джерелом еволюції.
В. І. Вернадський висловлює припущення, що жива речовина, можливо, має і свій процес еволюції, що виявляється в зміні з ходом геологічного часу, поза залежністю від зміни середовища.[2]
Для підтвердження своєї думки він посилається на безупинний ріст центральної нервової системи тварин і її значення в біосфері, а також на особливу організованість самої біосфери. На його думку, у спрощеній моделі цю організованість можна виразити так, що жодна з крапок біосфери «не попадає в те ж місце, у ту ж крапку біосфери, у який коли-небудь була раніш” [3]. У сучасних термінах це явище можна описати як необоротність змін, при будь-якому процесу еволюції і розвитку.
Безупинний процес еволюції, що супроводжується появою нових видів організмів, впливає на всю біосферу в цілому, у тому числі і на природні біокосні тіла, наприклад, ґрунту, наземні і підземні води і т.д. Це підтверджується тим, що ґрунти і ріки девону зовсім інші, чим третинної і тим більше нашої епохи. Таким чином, еволюція видів поступово поширюється і переходить на всю біосферу.
Оскільки еволюція і виникнення нових видів припускають існування свого початку, остільки закономірно виникає питання: а є чи такий початок у життя? Якщо є, то де його шукати – на чи Землі в Космосі? Чи може виникнути живе з неживого?--PAGE_BREAK--
Над цими питаннями протягом сторіч задумувалися багато релігійних діячів, представники мистецтва, філософи і вчені. В. І. Вернадський докладно розглядає найбільш цікаві точки зору, що висувалися видатними мислителями різних епох, і дійде висновку, що ніякої переконливої відповіді на ці питання поки не існує. Сам він як учений спочатку дотримував емпіричного підходу до рішення зазначених питань, коли затверджував, що численні спроби знайти в древніх геологічних шарах Землі сліди присутності яких-небудь перехідних форм життя не увінчалися успіхом. У всякому разі деякі останки життя були виявлені навіть у докембрійських шарах, що нараховують 600 мільйонів років. Ці негативні результати, на думку В.І.Вернадського, дають можливість висловити припущення, що життя як матерія й енергія існує у Вселеної вічно і тому не має свого початку. Але таке припущення є не більше, ніж емпіричне узагальнення, засноване на тім, що сліди живої речовини дотепер не виявлені в земних шарах. Щоб стати науковою гіпотезою, воно повинно бути погоджене з іншими результатами наукового пізнання, у тому числі і з більш широкими концепціями природознавства і філософії. У всякому разі не можна не вважатися з поглядами тих натуралістів і філософів, що захищали теза про виникнення живої матерії з неживий, а в даний час навіть висувають досить обґрунтовані гіпотези і моделі походження життя.
Припущення щодо абіогенного, чи неорганічного, походженні життя робилися неодноразово ще в античну епоху, наприклад, Аристотелем, що допускав можливість виникнення дрібних організмів з неорганічної речовини. З виникненням експериментального природознавства і появою таких наук, як геологія, палеонтологія і біологія, така точка зору зазнала критики як не обґрунтована емпіричними фактами. Ще в другій половині XVII в. широке поширення одержав принцип, проголошений відомим флорентійським лікарем і натуралістом Ф.Реди, що все живе виникає з живого. Твердженню цього принципу сприяли дослідження знаменитого англійського фізіолога Вільяма Гарвея (1578 – 1657), що вважав, що усяка тварина походить з яйця, хоча він і допускав можливість виникнення життя абіогенним шляхом.
Надалі, у міру проникнення фізико-хімічних методів у біологічні дослідження знову й усе наполегливіше стали висуватися гіпотези про абіогенне походження життя. Вище ми вже говорили про хімічну еволюцію як передумові виникнення предбіотичною, чи предбіологічною, стадії виникнення життя. З зазначеними результатами не міг не вважатися В.І. Вернадський, і тому його погляди з цих питань не залишалися незмінними, але, спираючи на ґрунт точно установлених фактів, він не допускав ні божественного втручання, ні земного походження життя. Він переніс виникнення життя за межі Землі, а також допускав можливість її появі в біосфері за певних умов. Він писав: “Принцип Реди… не вказує на неможливість абіогенезу поза чи біосферою при встановленні наявності в біосфері ( читепер раніш) фізико-хімічних явищ, не прийнятих при науковому визначенні цієї форми організованості земної оболонки.” [4]
Незважаючи на деякі протиріччя, навчання Вернадського про біосферу являє собою новий великий крок у розумінні не тільки живої природи, але і її нерозривного зв'язку з історичною діяльністю людства.
3. Роль людського фактора в розвитку біосфери.
Центральною темою навчання про ноосферу є єдність біосфери і людства. Вернадський у своїх роботах розкриває корені цієї єдності, значення організованості біосфери в розвитку людства. Це дозволяє зрозуміти місце і роль історичного розвитку людства в еволюції біосфери, закономірності її переходу в ноосферу.
Однієї з ключових ідей, що лежать в основі теорії Вернадського про ноосферу, є те, що людина не є самодостатньою живою істотою, що живе окремо за своїм законами, він співіснує усередині природи і є частиною її. Ця єдність обумовлена насамперед функціональною нерозривністю навколишнього середовища і людини, що намагався показати Вернадський як біогеохімік. Людство саме по собі є природне явище і природне, що вплив біосфери позначається не тільки на середовищі життя але і на образі думки.
Але не тільки природа впливає на людину, існує і зворотний зв'язок. Причому вона не поверхнева, що відбиває фізичний вплив людини на навколишнє середовище, воно набагато глибше. Це доводить той факт, що останнім часом помітно активізувалися планетарні геологічні сили. “… ми усе більше і яскравіше бачимо в дії навколишні нас геологічні сили. Це збіглося, навряд чи випадково, із проникненням у наукову свідомість переконання про геологічне значення Homo sapiens, з виявленням нового стану біосфери — ноосфери — і є однієї з форм її вираження. Воно зв'язано, звичайно, насамперед з уточненням природної наукової праці і думки в межах біосфери, де жива речовина відіграє основну роль” [5]. Так, останнім часом різко міняється відображення живих істот на навколишній природі. Завдяки цьому процес еволюції переноситься в область мінералів. Різко міняються ґрунти, води і повітря. Тобто еволюція видів сама перетворилася в геологічний процес, тому що в процесі еволюції з'явилася нова геологічна сила. Вернадський писала: “Еволюція видів переходить в еволюцію біосфери” [6].
Тут природно напрошується висновок про те, що геологічною силою є власне зовсім не Homo Sapiens, а його розум, наукова думка соціального людства. У “Філософських думках натураліста” Вернадський писав: “Ми саме переживаємо її яскраве входження в геологічну історію планети. В останні тисячоріччя спостерігається інтенсивне зростання впливу однієї видової живої речовини — цивілізованого людства — на зміну біосфери. Під впливом наукової думки і людської праці біосфера переходить у новий стан — у ноосферу” [7].
Ми є спостерігачами і виконавцями глибокої зміни біосфери. Причому перебудова навколишнього середовища науковою людською думкою за допомогою організованої праці навряд чи є стихійним процесом. Корені цього лежать у самій природі і були закладені ще мільйони років тому в ході природного процесу еволюції. “Людина… складає неминучий прояв великого природного процесу, що закономірно триває протягом, принаймні, двох мільярдів років” [8].
Звідси, до речі, можна укласти що висловлення про самознищення людства, про катастрофу цивілізації не мають під собою вагомих основ. Було б щонайменше дивно, якби наукова думка – породження природного геологічного процесу суперечила б самому процесу. Ми коштуємо на порозі революційних змін у навколишнім середовищі: біосфера за допомогою переробки науковою думкою переходить у новий еволюційний стан – ноосферу.
Заселяючи всі куточки нашої планети, спираючи на державно організовану наукову думку і на її породження, техніку, людина створив у біосфері нову біогенну силу, що підтримує розмноження і подальше заселення різних частин біосфери. Причому разом з розширенням області проживання, людство починає представляти себе усе більш споєну масу, тому що розвиваючі засоби зв'язку – засобу передачі думки огортають усю Земну кулю. “Цей процес – повного заселення біосфери людиною – обумовлений ходом історії наукової думки, нерозривно зв'язаний зі швидкістю зносин, з успіхами техніки пересування, з можливістю миттєвої передачі думки, її одночасного обговорення усюди на планеті” [9].
При цьому людина вперше реально зрозуміла, що він житель планети і може і повинний мислити і діяти в новому аспекті, не тільки в аспекті окремої особистості, чи родини роду, чи держав їхніх союзів, але й у планетному аспекті. Він, як і все живе, може мислити і діяти в планетному аспекті тільки в області життя — у біосфері, у визначеній земній оболонці, з яким він нерозривно, закономірно зв'язаний і піти з який він не може. Його існування є її функція. Він несе її із собою усюди. І він її неминуче, закономірно, безупинно змінює. Схоже, що вперше ми знаходимося в умовах єдиного геологічного історичного процесу, що охопив одночасно всю планету. XX століття характерне тим, що будь-які подія, що відбувається на планеті, зв'язуються в єдине ціле. І з кожним днем соціальна, наукова і культурна зв'язаність людства тільки підсилюється і поглиблюється. “Збільшення вселенності, спаяності всіх людських суспільств безупинно росте і стає помітним у деякі роки ледве не щорічно” [10].
Результат усіх перерахованих вище змін у біосфері планети дав привід французькому геологу Тейяр де Шардену укласти, що біосфера в даний момент швидко геологічно переходить у новий стан – у ноосферу, тобто такий стан у який людський розум і робота, що направляється їм, являють собою нову могутню геологічну силу. Це збіглося, видимо не випадково, з тим моментом коли люди засели усю планету, усе людство економічно об'єдналося в єдине ціле і наукову думку всього людства злилася воєдино, завдяки успіхам у техніку зв'язку. У такий спосіб:
Людина, як він спостерігається в природі, як і всі живі організми, як усяка жива речовина, є визначена функція біосфери, у визначеному її просторі-часі;
Людина у всіх його проявах являє собою частина біосфери;
Прорив наукової думки підготовлений усім минулим біосфери і має еволюційні корені. Ноосфера – це біосфера, перероблена науковою думкою, що підготовляється всім минулим планети, а не короткочасне і перехідне геологічне явище.
Вернадський неодноразово відзначав, що “цивілізація “культурного людства” — оскільки вона є формою організації нової геологічної сили, що створилася в біосфері,— не може перерватися і знищитися, тому що це є велике природне явище, що відповідає історично, вірніше, геологічно сформованої організованості біосфери. Утворити ноосферу, вона всіма коренями зв'язується з цією земною оболонкою, чого раніш в історії людства в скільки-небудь порівнянній мері не було” [11].
Багато чого з того, про що писав Вернадський, стає надбанням сьогоднішнього дня. Сучасні і зрозумілі нам його думки про цілісність, неподільність цивілізації, про єдність біосфери і людства. Переломний момент в історії людства, про що сьогодні говорять учені, політики, публіцисти, був побачений Вернадським.
Вернадський бачив неминучість ноосфери, підготовлюваної як еволюцією біосфери, так і історичним розвитком людства. З погляду ноосферного підходу по-іншому бачаться і сучасні болючі крапки розвитку світової цивілізації. Варварське відношення до біосфери, погроза світової екологічної катастрофи, виробництво засобів масового знищення — усе це повинно мати минуще значення. Питання про корінний поворот до джерел життя, до організованості біосфери в сучасних умовах повинний звучати як сполох, заклик до того, щоб мислити і діяти, у біосферному – планетному аспекті.
Використана література.
Аллен Р.Д.
“Наука про життя”, М. – 1981р.
Вернадський В.І.
“Філософські думки натураліста”, М.– 1988р.
Вернадский В.І.
“Початок і вічність життя”, М.– 1989р.
Кондратьев М.Н.
лекції, M. – 1997р.
Лапо А.В.
“Сліди колишніх біосфер”, М. – 1979р.