Вчення Вернадського про біосферу – доповідь
Біосфера – це особлива оболонка Землі, що містить усю сукупність живих організмів і ту частину речовини планети, що знаходиться в безупинному обміні з цими організмами. Термін був введений в 1875 р австрійським геологом Е. Зюсом у роботі “Походження Альп”, що розглядає біосферу в чисто топологічному (від грец. Topos – місце) сенсі як простір, заповнений життям. Розгорнуте вчення про біосферу створено і розроблено радянським натуралістом академіком В. І. Вернадським. Основи цього вчення, викладені ним в 1926 р в класичній праці “Біосфера”, зберігають своє значення в сучасній науці. Вчення Вернадського про біосферу – найбільше узагальнення в галузі природознавства XX в. Воно знаменує собою принципово новий підхід до вивчення планети як розвивається саморегульованої системи в минулому, сьогоденні і майбутньому. З одного боку, В. І. Вернадський розглядає біосферу як оболонку Землі, в якій існує життя. У цьому плані вчений розрізняє газову (атмосфера), водну (гідросфера) і кам’яну (літосфера) оболонки земної кулі як складові біосфери – області поширення життя. З іншого боку, Вернадський підкреслював, що біосфера – не просто простір, в якому мешкають живі організми, а цілісна функціональна система, на рівні якої реалізується нерозривний зв’язок геологічних і біологічних процесів. Склад біосфери визначається діяльністю живих організмів, є результат їх сукупної хімічної активності у цьому і минулому.
Біосфера охоплює нижню частину атмосфери до висоти озонового екрана (20 – 25 км), верхню частину літосфери (кора вивітрювання) і всю гідросферу до глибинних шарів океану. Нижня межа опускається в середньому на 2 – 3 км на суші і на 1 – 2 км нижче дна океану. Шар атмосфери, вся гідросфера і частина літосфери, де постійно або тимчасово (випадково) присутні живі організми і ті верстви, перетворені в минулому життям або випробували вплив “колишніх біосфер”, називають мегабіт-сферою. В цілому мегабіосфера являє собою суму біосфери і метабіосфери – перетвореного життям глибинного шару літосфери, у якому нині живуть організми не присутні.
Сукупність мегабіосфери і артебіосфери – того шару, в якому літають жилі штучні супутники Землі, – являє собою панбіосферу (рис. 7.1). В. І. Вернадський зазначав, що “межі біосфери обумовлені насамперед полем існування життя”. Вертикальна потужність такого “поля існування життя” в океанах досягає більше 17 км, на суші – 12 км. При цьому значних величин досягає товща мегабіосфери, що охоплює осадові породи, але вона не опускається на материках глибше найбільших глибин океану – 11 км (тут температура досягає 200 ° С) і не піднімається вище найбільших плотностей озонового екрану: 22 – 24 км. Отже, її максимальна товщина 33 – 35 км. Теоретично межі біосфери набагато ширше, оскільки в гідротермах на дні океану (їх назвали “чорними курцями” через темного кольору извергающихся вод) на глибинах близько 3 км виявлені організми при температурі до 250 “С. При тиску близько 300 атм вода тут не кипить, і в цих умовах організми виживають (межі життя обмежені точками перетворення води в пару і денатурації “згортання” білків). Перегріта рідка вода виявлена в літосфері до глибин 10,5 км. Глибше 25 км, за оцінками, повинна існувати критична температура 460 ° С, коли при будь-якому тиску вода перетворюється на пару і життя принципово неможлива. Вчений виділив в біосфері 7 глибоко різнорідних, але геологічно взаємопов’язаних типів речовин: жива речовина (всі живі організми), біогенну речовину (геологічні породи, створені діяльністю живого, – горючі копалини, вапняки, кам’яне вугілля), відсталу речовину (геологічні утворення, що не входять до складу живих організмів і не створені ними, наприклад магматичні гірські породи), біокосні речовина (створюється одночасно живими організмами і процесами неорганічної природи, наприклад грунт, океанічні води, нафта) , радіоактивна речовина, речовина космічного походження (метеорити, космічний пил).
Центральною ланкою у вченні В. І. Вернадського про біосферу є уявлення про живу речовину. Він першим постулював тезу про виняткову роль живої речовини, що перетворює вигляд планети. Загальна маса живої речовини складає незначну частину маси біосфери. Проте вчений, спираючись на численні дані, вважав жива речовина найбільш потужним геохімічним і енергетичним фактором, провідною силою планетарного розвитку. За словами В. І. Вернадського, “на земній поверхні немає хімічної сили більш постійно діючої, а тому більш могутньою по своїм кінцевим наслідків, ніж живі організми, взяті в цілому”. Участь кожного окремого організму в геологічній історії мізерно мало. Але у своїй сукупності живі істоти – особливий, глобальних розмірів фактор. Саме живі організми вловлюють і перетворять променисту енергію Сонця і створюють нескінченну різноманітність нашого світу. Головним трансформатором космічної енергії є зелена речовина рослин. Тільки вони здатні поглинати енергію сонячного випромінювання і синтезувати первинні органічні сполуки. Цей зелений енергетичний потенціал і лежить в основі збереження та підтримки всього живого на нашій планеті.
Від інших компонентів природи живі істоти відрізняються великою різноманітністю, повсюдним поширенням, тривалістю існування в історії Землі, виборчим характером біохімічної діяльності, дуже високою хімічною активністю. В. І. Вернадський розробив уявлення про організованості біосфери, яка проявляється в узгодженому взаємодії живого і неживого, взаємної пристосовності організму і середовища. “Організм, – писав Вернадський, – має справу з середовищем, до якої він не тільки пристосований, але яка пристосована і до нього”.
В. І. Вернадський обгрунтував найважливіші уявлення про форми перетворення речовини, шляхах біогенної міграції атомів, тобто міграції хімічних елементів за участю живої речовини, накопиченні хімічних елементів. Організми пов’язані з “навколишнім середовищем біогенним струмом атомів: своїм диханням і розмноженням”. Харчування, дихання і розмноження організмів і пов’язані з ними процеси створення, накопичення і розпаду органічної речовини забезпечують постійний кругообіг речовин і переміщення енергії. З кругообігом речовин пов’язана біогенна міграція атомів (С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mo, Mn, Сі, Zn, Ca, Na, К та ін.), Що відображає здатність живої речовини перерозподіляти атоми в біосфері. Багато організмів мають здатність накопичувати, концентрувати в собі певні елементи, при дуже малому вмісті їх в навколишньому середовищі. Наприклад, железобактерии здатні акумулювати з довкілля залізо; багато молюски та кішечнополосние – кальцій; хвощі, діатомові водорості, радіолярії – кремній; губки – йод; асцидії – ванадій. Відмираючи і відкладаючись в масі, організми утворюють скупчення цих речовин, відбувається відкладення сульфідів і мінеральної сірки, освіта сірководню та інших з’єднань. Виникають поклади вапняків, бокситів, осадова залізна руда. Великою різноманітністю органічних сполук характеризується склад самих організмів. Завдяки живій речовині на планеті утворилися грунту і органоміне-ральное паливо. У живих організмах протікають складні біохімічні процеси. Матеріал і енергію живі істоти беруть в навколишньому середовищі. Отже, вони перетворять середовище вже тільки тим, що живуть.
Жива речовина активно бере участь також у грандіозних процесах переміщення, міграції атомів в біосфері через систему глобального кругообігу речовин. Найбільш значущими елементами кругообігу речовин є вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка. Процеси кругообігу відбуваються в конкретних екосистемах, але в повному вигляді біогеохімічні цикли реалізуються лише на рівні біосфери в цілому. Таким чином, жива речовина являє собою саму активну форму матерії у Всесвіті. Воно виробляє гігантську геохімічну роботу, виконуючи радий найважливіших функцій живої речовини в біосфері. В. І. Вернадський виділяє п’ять таких функцій:
– Перша функція – газова: переважна маса газів на планеті має биогенное походження. Так, кисень атмосфери накопичений за рахунок фотосинтезу; всі підземні гази – продукт розкладання відмерлої органіки. Загалом завдяки газовій функції живої речовини відбуваються міграції газів і їх перетворення, формується газовий склад біосфери;
– Друга функція – концентраційна: організми витягують і накопичують у тілах багато хімічні елементи з навколишнього середовища, які використовуються для побудови їхніх тіл. Концентрації цих елементів в тілах живих організмів в сотні і тисячі разів вище, ніж у зовнішньому середовищі. Серед накопичуваних організмами елементів на першому місці стоїть вуглець, а серед металів – кальцій; концентраторами кремнію є діатомові водорості, йоду – бурі водорості (ламінарія), фосфору – скелети хребетних тварин;
– Третя функція – окислювально-відновна, що забезпечує хімічне перетворення речовин, що містять атоми зі змінним ступенем окислення (це в основному сполуки заліза, марганцю та ін.). У результаті організми, що мешкають у водоймах, регулюють кисневий режим і створюють умови для розчинення або ж осадження ряду металів (ванадій, марганець, залізо) і неметалів (сірка) зі змінною валентністю;
– Четверта функція – біохімічна, що забезпечує розмноження, ріст і переміщення в просторі живої речовини;
– П’ята функція – енергетична: акумуляція енергії Сонця та її подальше перерозподіл між живими компонентами біосфери. У зв’язку з цим необхідно відзначити лише єдиний на Землі процес, який не витрачає, а акумулює сонячну енергію, накопичує її шляхом створення органічної речовини в результаті фотосинтезу. Накопичена сонячна енергія забезпечує протікання всіх життєвих процесів. За час існування життя на Землі жива речовина перетворило на хімічну енергію величезна кількість сонячної енергії. При цьому істотна її частина в ході геологічної історії накопичилася у зв’язаному вигляді (поклади вугілля, нафти та інших органічних речовин).
У зв’язуванні і запасанні сонячної енергії полягає основна планетарна функція живої речовини.
Найважливішою частиною вчення про біосферу В. І. Вернадського є уявлення про її виникненні і розвитку. В еволюції біосфери як глобальної середовища життя виділяються п’ять основних історичних етапів, що відображають закономірність і послідовність формування основних середовищ життя: I – виникнення і розвиток життя у воді; II – поява у гідробіонтів симбіонтів (паразити, мутуалісти), тобто формування нової середовища життя – організмів-господарів; Ш – заселення організмами суші зі сформованими новими середовищами життя: наземно-воздуш-ної і грунтом; IV – поява людини і перетворення його із звичайного біологічного виду в біосоціальна істота; Y – перехід біосфери під впливом розумної діяльності людини в новий якісний стан – ноосферу.
В цілому вчення про біосферу В. І. Вернадського заклало основи сучасних уявлень про взаємодію живої і неживої природи. Практичне значення вчення про біосферу величезне. У наші дні воно служить природничо-науковою основою раціонального природокористування та охорони навколишнього природного середовища. Вінцем творчості В. І. Вернадського стало вчення про ноосферу, т. Е. Сфері розуму.
(2 votes, average: 2.50 out of 5)