Биосфера и цивилизация
Гидросфера.
Вода - важнейший компонент биосферы и один из необходимых факторов
существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом
океане, который занимает около 70% поверхности земного шара и содержит 1300
млн. км3. Поверхностные воды (озера, реки) включают всего 0,182 млн. км3, а
количество воды в живых организмах составляет всего 0,001 млн. км3.
Значительные запасы воды (24 млн. км3) содержат ледники. Большое значение
имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их количество
широко варьирует от температуры и присутствия живых организмов. Диоксида
углерода, содержащегося в воде, в 60 раз больше, чем в атмосфере.
Гидросфера формировалась в связи с развитием литосферы, которая в течение
геологической истории Земли выделяла большое количество водяного пара[3].
Литосфера.
Основная масса организмов, обитающих в пределах литосферы, находится в
почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва
включает минеральные вещества, образующиеся при разрушении горных пород, и
органические вещества - продукты жизнедеятельности организмов[3].
Живые организмы (живое вещество).
Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах
распределены очень неравномерно. На большой высоте и в глубинах гидросферы
и литосферы организмы встречаются относительно редко. Жизнь сосредоточена
главным образом на поверхности Земли, в почве и в приповерхностном слое
океана. Общую массу живых организмов оценивают в 2,43х1012т. Биомасса
организмов, обитающих на суше, на 99,2% представлена зелеными растениями и
0,8% - животными и микроорганизмами. Напротив, в океане на долю растений
приходится 6,3%, а на долю животных и микроорганизмов - 93,7% всей
биомассы. Жизнь сосредоточена главным образом на суше. Суммарная биомасса
океана составляет всего 0,03х10 12 т, или 0,13% биомассы всех существ,
обитающих на Земле.
В распределении живых организмов по видовому составу наблюдается
важная закономерность. Из общего числа видов 21% приходится на растения, но
их вклад в общую биомассу составляет 99%. Среди животных 96% видов -
беспозвоночные и только 4% - позвоночные, из которых десятая часть -
млекопитающие. Масса живого вещества составляет всего 0,01-0,02% от косного
вещества биосферы, однако она играет ведущую роль в геохимических
процессах. Вещества и энергию, необходимую для обмена веществ, организмы
черпают из окружающей среды. Ограниченные количества живой материи
воссоздаются, преобразуются и разлагаются. Ежегодно, благодаря
жизнедеятельности растений и животных, воспроизводится около 10%
биомассы[3].
4.2. Эволюция биосферы.
Все компоненты биосферы тесно взаимодействуют между собой, составляя
целостную, сложно организованную систему, развивающуюся по своим внутренним
законам и под действием внешних сил, в том числе космических (солнечного
излучения, гравитационных сил, магнитных полей Солнца, Луны и др. небесных
тел)
По современным представлениям, развитие безжизненной геосферы, т.е.
оболочки, образованной .веществом Земли, происходило на ранних стадиях
существования нашей планеты, миллиарды лет назад. Изменения облика Земли
были связаны с геологическими процессами, происходившими в земной коре, на
поверхности и в глубинных слоях планеты и находили проявление в извержениях
вулканов, землетрясениях, подвижках земной коры, горообразовании. Такие
процессы происходят и сейчас на безжизненных планетах солнечной системы и
их спутниках - Марсе, Венере, Луне.
С возникновением жизни (саморазвивающихся устойчивых форм) сначала
медленно и слабо, затем все быстрее и значительнее стало проявляться
влияние живой материи на геологические процессы Земли.
Деятельность живого вещества, проникшего во все уголки планеты,
привела к возникновению нового образования - биосферы - тесно
взаимосвязанной единой системы геологических и биологических тел и
процессов преобразования энергии и вещества. Размеры преобразований,
осуществляемых живой материей, достигли планетарных масштабов, существенно
видоизменив облик и эволюцию Земли.
Так, например, в результате процесса фотосинтеза - деятельности
зеленых растений, образовался современный газовый состав атмосферы, в ней
появился кислород. В свою очередь на активность фотосинтеза существенно
влияет концентрация углекислого газа в атмосфере, наличие влаги и тепла.
Почва является целиком результатом деятельности живого вещества в
косной (неживой) среде. Решающая роль в этом процессе принадлежит климату,
топографии, деятельности микроорганизмов и растений и материнским породам.
Биосфера, возникнув и сформировавшись 1-2 млрд. лет назад (к этому времени
относятся первые обнаруженные остатки живых организмов), находится в
постоянном динамическом равновесии и развитии[2].
В биосфере, как в любой экосистеме, происходит круговорот воды,
планетарные перемещения воздушных масс, а также биологический круговорот,
характеризующийся емкостью - количеством химических элементов, находяшихся
одновременно в составе живого вещества в данной экосистеме, и скоростью -
количеством живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу
времени. В результате на Земле поддерживается большой геологический
круговорот веществ, где для каждого элемента характерна своя скорость
миграции в больших и малых циклах. Скорости всех циклов отдельных элементов
в биосфере теснейшим образом сопряжены между собой[1].
Установившиеся за многие миллионы лет круговороты энергии и вещества в
биосфере самоподдерживаются в глобальных масштабах, хотя локальные
(местные) изменения структуры и особенностей отдельных экосистем
(биогеоценозов), составляющих биосферу, могут быть значительными.
Еще на ранних этапах эволюции живое вещество распространилось по
безжизненным пространствам планеты, занимая все потенциально доступные для
жизни места, изменяя их и превращая в места обитания. И уже в древние
времена различные жизненные формы и виды растений, животных,
микроорганизмов, грибов заняли всю планету. Живое органическое вещество,
можно найти и в глубинах океана, и на вершинах самых высоких гор, и в
вечных снегах Приполярья, и в горячих водах источников вулканических
районов.
Такую способность к распространению живого вещества В.И.Вернадский
назвал «всюдностью жизни»[2].
Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических
сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособляемости.
Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования
энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями,
сообществами.
Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как
биологический вид на основе многочисленных изменений приобрел не только
сознание (совершенную форму отображения окружающего мира), но и способность
изготавливать и использовать в своей жизни орудия труда.
Посредством орудий труда человечество стало создавать фактически
искусственную среду своего обитания (поселения, жилища, одежду, продукты
питания, машины и многое другое). С этих пор эволюция биосферы вступила в
новую фазу, где человеческий фактор стал мощной природной движущей силой.
Биосфера и человек. Ноосфера.
Термин «ноосфера» был предложен в1927 году французским математиком и
философом Э.Леруа. «Noos» - древнегреческое название человеческого
разума[3].
Первая созданная человеком культура-палеолит (каменный век) -
продолжалась примерно 20-30 тысяч лет. Она совпадала с длительным периодом
оледенения. Экономической основой жизни человеческого общества была охота
на крупных животных: благородного и северного оленя, шерстистого носорога,
осла, лошадь, мамонта, тура. На стоянках человека каменного века находят
многочисленные кости диких животных - свидетельство успешной охоты.
Интенсивное истребление крупных травоядных животных привело к сравнительно
быстрому сокращению их численности и исчезновению многих видов. Если мелкие
травоядные могли восполнить потери от преследования охотниками высокой
рождаемостью, то крупные животные в силу эволюционной истории были лишены
этой возможности. Дополнительные трудности возникли вследствие изменения
природных условий в конце палеолита. 10-12 тысяч лет назад наступило резкое
потепление, отступил ледник, леса распространились в Европе, вымерли
крупные животные. Это создало новые условия жизни, разрушило сложившуюся
экономическую базу человеческого общества. Закончился период его развития,
характеризовавшийся только использованием пищи, т.е. чисто потребительским
отношением к окружающей среде.
В следующую эпоху - эпоху неолита (новый каменный век) - наряду с
охотой, рыбной ловлей и собирательством все большее значение приобретает
процесс производства пищи. Делаются первые попытки одомашнивания животных и
разведения растений, зарождается производство керамики. Уже 9-10 тысяч лет
назад существовали поселения, среди остатков которых обнаруживают пшеницу,
ячмень, чечевицу, кости домашних животных - коз, свиней, овец. Развиваются
зачатки земледельческого и скотоводческого хозяйства. Широко используется
огонь и для уничтожения растительности в условиях подсечного земледелия, и
как средство охоты. Начинается освоение минеральных ресурсов, зарождается
металлургия.
Возникновение антропоценозов.
Рост населения, качественный скачок в развитии науки и техники за
последние два столетия, и особенно в наши дни, привели к тому, что
деятельность человека стала фактором планетарного масштаба, направляющей
силой дальнейшей эволюции биосферы. Возникли антропоценозы (от греческого
anthropos - человек, koinos - общий, общность) - сообщества организмов, в
которых человек является доминирующим видом, а его деятельность-
определяющей состояние всей системы. В.И.Вернадский считал, что влияние
научной мысли и человеческого труда обусловили переход биосферы в новое
состояние - ноосферу (сферу разума)[3]. Сейчас человечество использует для
своих нужд все большую часть территории планеты и все большие количества
минеральных ресурсов.
4.3. Природные ресурсы и их использование.
Биологические, в том числе пищевые, ресурсы планеты обуславливают
возможности жизни человека на Земле, а минеральные и энергетические служат
основой материального производства человеческого общества. Среди природных
богатств планеты различают исчерпаемые и неисчерпаемые ресурсы.
Неисчерпаемые ресурсы.
Неисчерпаемые ресурсы подразделяются на космические, климатические и
водные. Это энергия солнечной радиации, морских волн, ветра. С учетом
огромной массы воздушной и водной среды планеты неисчерпаемыми считают
атмосферный воздух и воду. Выделение это относительно. Например, пресную
воду уже можно рассматривать как ресурс исчерпаемый. поскольку во многих
регионах земного шара возник острый дефицит воды. Можно говорить и о
неравномерности ее распределения, и невозможности ее использования из-за
загрязнения. Условно считают и кислород атмосферы неисчерпаемым ресурсом.
Современные ученые-экологи полагают, что при современном уровне
технологии использования атмосферного воздуха и воды этим ресурсы можно
рассматривать как неисчерпаемые только при разработке и реализации
крупномасштабных программ, направленных на восстановление их качества[3].
Исчерпаемые ресурсы.
Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновляемые и невозобновляемые.
К возобновляемым относятся растительный и животный мир, плодородие
почв. Из числа восполняемых природных ресурсов большую роль в жизни
человека играет лес. Лес имеет немаловажное значение как географический и
экологический фактор. Леса предотвращают эрозию почвы, задерживают
поверхностные воды, т.е. служат влагонакопителями, способствуют поддержанию
уровня грунтовых вод. В лесах обитают животные, представляющие материальную
и эстетическую ценность для человека: копытные, пушные звери и дичь. В
нашей стране леса занимают около 30% всей ее суши и являются одним из
природных богатств.
К невосполнимым ресурсам относятся полезные ископаемые. Их
использование человеком началось в эпоху неолита. Первыми металлами,
которые нашли применение, были самородные золото и медь. Добывать руды,
содержащие медь, олово, серебро, свинец умели уже за 4000 лет до н.э. В
настоящее время человек вовлек в сферу своей промышленной деятельности
преобладающую часть известных минеральных ресурсов. Если на заре
цивилизации человек использовал для своих нужд всего около 20 химических
элементов, в начале XX века - около 60, то сейчас более 100 - почти всю
таблицу Менделеева. Ежегодно добывается (извлекается из геосферы) около 100
млрд. т руды, топлива, минеральных удобрений, что приводит к истощению этих
ресурсов[2]. Из земных недр извлекается все больше различных руд, каменного
угля, нефти и газа. В современных условиях значительная часть поверхности
Земли распахана или представляет собой полностью или частично окультуренные
пастбища для домашних животных. Развитие промышленности и сельского
хозяйства потребовало больших площадей для строительства городов,
промышленных предприятий, разработки полезных ископаемых, сооружения
коммуникаций. Таким образом к настоящему времени человеком преобразовано
около 20% суши[3].
Значительные площади поверхности суши исключены из хозяйственной
деятельности человека вследствие накопления на ней промышленных отходов и
невозможности использования районов, где ведется разработка и добыча
полезных ископаемых.
Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник
ресурсов, однако, в течение очень длительного времени его деятельность не
оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия
изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя
внимание ученых. Эти изменения нарастали и в настоящее время обрушились на
человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни
человечество постоянно наращивает темпы материального производства, не
задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от
природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или не
пригодных для утилизации. Это приносит угрозу и существованию биосферы, и
самого человека[2].
4.4. Пределы устойчивости.
Большинство процессов, меняющих в течение геологического времени лик
нашей планеты, рассматривали ранее как чисто физические, химические или
физические явления (размыв, растворение, осаждение, гидролиз и т.п.).
Биосферой В.И.Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой
существует или когда-нибудь существовала жизнь и которая постоянно
подвергается или подвергалась воздействию живых организмов.[1]
Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли
ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают
высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания
и в конечном счете представляют в своей совокупности особый, глобальных
масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.
Значение организмов обусловлено их разнообразием, повсеместным
распространением, длительностью существования в истории Земли,
избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой
химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.
Особой категорией является биокосное вещество. Вернадский писал, что
оно "создается в биосфере одновременно живыми организмами и косными
процессами, представляя системы динамического равновесия тех и других".[1]
Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль. Биокосное вещество
планеты - это почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства,
которые зависят от деятельности на Земле живого вещества. Биосфера - это
та область Земли, которая может быть охвачена влиянием живого вещества. С
современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему
планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.
Биосфера выступает как огромная, чрезвычайно сложная экосистема,
работающая в стационарном режиме на основе тонкой регуляции всех
составляющих ее частей и процессов.
Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых
организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в
поддержании общего потока вещества и распределении энергии, на теснейшем
переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на
согласовывании циклов отдельных элементов и уравновешивании емкости
отдельных резервуаров. В биосфере действуют сложные системы обратных связей
и зависимостей.
Как показывают исследования, по крайней мере последние 600 млн. лет,
начиная с Кембрия, характер основных круговоротов на Земле существенно не
менялся. Осуществлялись фундаментальные геохимические процессы, характерные
и для современной эпохи: накопление кислорода, связывание инертного натрия,
осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных и
марганцевых руд, сульфидных минералов, накопление фосфора и т. д. Менялись
лишь скорости этих процессов. По-видимому, не менялся существенно и общий
поток атомов, вовлекаемых в живые организмы. Есть основание считать, что
масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с
карбона, т.е. биосфера с тех пор поддерживает себя в определенном режиме
круговоротов. Стабильное состояние биосферы обусловлено в первую очередь
деятельностью самого живого вещества, обеспечивающего определенную скорость
фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов. Таким образом,
жизнь на Земле сама стабилизирует условия своего существования, что дает ей
возможность развиваться бесконечно долго.[1]
Однако стабильность атмосферы имеет определенные пределы, и нарушение
ее регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.
Выступая как важнейший агент связывания и перераспределения на
поверхности Земли космической энергии, живое вещество выполняет тем самым
функцию космического значения.
Однако в настоящее время на Земле появилась новая сила, по мощности
воздействия не уступающая суммарному действию живых организмов -
человечество с его социальными законами развития и мощной техникой,
позволяющей влиять на вековой ход биосферных процессов. Современное
человечество использует не только огромные энергетические ресурсы биосферы,
но и небиосферные источники энергии (например, атомной), ускоряя
геохимические преобразования природы. Некоторые процессы, вызванные
технической деятельностью человека, направлены противоположно по отношению
к естественному ходу их в биосфере (рассеивание металлов, руд, углерода и
др. биогенных элементов, торможение минерализации и гумификации,
освобождение законсервированного углерода и его окисление, нарушение
Страницы: 1, 2, 3, 4
|