Соотношение биосферы, ноосферы и экологии

Решающее отличие  живого вещества от костного заключается в следующем:

* изменения  и процессы в живом веществе  происходят значительно быстрее,  чем в костных телах. Поэтому  для характеристики изменений  в живом веществе используется  понятие исторического, а в  костных телах - геологического  времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;

* в ходе геологического  времени возрастает мощь живого  вещества и его воздействие  на костное вещество биосферы. Это воздействие, указывает Вернадский, проявляется прежде всего “в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в костное вещество биосферы и обратно”;

* только в  живом веществе происходят качественные  изменения организмов в ходе  геологического времени. Процесс  и механизмы этих изменений  впервые нашли объяснения в теории происхождения видов путём естественного отбора Ч. Дарвина;

* живые организмы изменяются  в зависимости от изменения  окружающей среды, адаптируются  к ней и, согласно теории  Дарвина, именно постепенное накопление  таких изменений служит источником эволюции. В. И. Вернадский высказывает предположение, что живое вещество, возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.

Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокостные тела, например, почвы, надземной и подземной воды.

Возникновение жизни на Земле, образование биосферы, её прогрессивная эволюция и появление человека долгое время не укладывались в строгую физическую картину мира, считались термодинамически маловероятными. Однако недавно оформилось представление, согласно которому по законам физики в открытых системах с протоком энергии вынужденно возникают динамические структуры в виде материальных циклов, интенсивно переносящих энергию. Во многих случаях кажется, что они возникают сами по себе, и поэтому явление называется самоорганизацией структур.

Но всегда есть внешняя  материальная причина. На Земле - это поток солнечной энергии, который вызывает и организует круговороты вещества: от простых физических (воды, воздуха) до сложных, биологических. Цикл синтеза и распада органических веществ в биосфере, названный биотическим круговоротом, возник на основе круговорота неорганических масс под воздействием потока солнечной энергии.

На рис.1. схематически представлена эволюция биосферы в виде усложнения системы взаимосвязанных циклов.

Рис. 1 Стадии эволюции биосферы (по М.М. Камшилову):

1 - абиотический круговорот (климатический и почвенно-грунтовый), возникновение первичного примитивного биотического круговорота (Б); 2 - рост биосферы и биотического круговорота; 3 - стабильный биотический круговорот, появление человека (Ч); 4- рост человечества, появление техногенеза и техносферы (Т);5 - современная фаза, рост техносферы и влияние её на биотический и абиотический круговороты

Первая стадия соответствует возникновению первичного биотического цикла, осуществлённого  сообществом фотосинтезирующих  цианобактерий - сине-зелёных водорослей - первых примитивных, но чрезвычайно  жизнестойких продуцентов. Поскольку  круговорот ещё не сбалансирован с абиотическим, глобальной биосферы как таковой ещё нет.

Вторая стадия соответствует установлению сбалансированного  биотического круговорота с участием аэробных форм автотрофов и гетеротрофов, способствующих развитию и росту  биосферы.

К третьей стадии биосфера уже давно сформировалась и стабилизировалась, выполнила свои геологические функции, биотический круговорот достиг высокой степени совершенства; появился человек.

Четвёртая стадия характеризуется развитием человеческой цивилизации. И это создаёт новую ситуацию в эволюции биосферы. Новые циклы техносферы ещё не вписаны в биотический круговорот, во многих случаях даже угнетающе действует на функции биосферы.

Пятая стадия современной  эпохи характеризуется тем, что  человеческое общество поглощает вещество и энергию не только через биосферу, но непосредственно из абиотической среды. Это было бы кардинальным преобразованием хода эволюции биосферы, если бы при этом техногенная нагрузка на биосферу уменьшилась. К несчастью, пока что обращение человека к абиогенным ресурсам только увеличивает эту нагрузку.

3 Переход  от биосферы к ноосфере

Превращение разума и труда человечества в геологическую  силу планетного масштаба происходило  в рамках биосферы, составной частью которой они являются. В.И.Вернадский в своих исследованиях неизменно подчёркивал, какое огромное воздействие человечество оказывает на расширение жизни путём создания новых культурных видов растений и животных. Опираясь на его идеи о биохимической основе биосферы, французский математик и философ Эдуард Леруа (1870 - 1954 гг.) ввёл в 1927 г. понятие ноосферы, или сферы разума, для характеристики современной геологической стадии развития биосферы. Его позицию разделял также крупнейший французский геолог и палеонтолог Пьер Тейяр де Шарден (1881 - 1951 гг.), впоследствии в своём труде “Феномен человека” определивший ноосферу как одну из стадий эволюции мира. Признавая, что эта стадия, как и сам человек, является результатом тысячелетней истории развития органического мира, он считал движущей силой эволюции целеустремлённое сознание (“ортогенез”).

В отличие от него И.В. Вернадский рассматривает  возникновение сознания как закономерный результат эволюции биосферы, но, однажды  возникнув, оно затем начинает оказывать  всё возрастающее влияние на биосферу благодаря трудовой деятельности человека.

Ноосфера есть новое геологическое явление  на нашей планете. В ней впервые  человек становится крупнейшей геологической  силой. Он может и должен перестраивать  своим трудом и мыслью область  своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше.

Первоначальные  представления о направленности эволюционного процесса в сторону  возникновения мыслящих существ  и признание геологической роли человечества высказывались многими  учёными и до Вернадского. Так, уже в XVIII в. французский естествоиспытатель Ж. Бюффон высказал идею о царстве человека, которая в XIX в. была развита основателем современной геологии Жаном Луи Агассисом (1807 - 1873 гг.). Хотя эти идеи и опирались на признание всё возрастающей роли человечества в изменении лика Земли, но не были связаны с принципом направленности эволюции живого вещества биосферы.

Этот принцип  в качестве эмпирического обобщения  выдвинул американский учёный Джеймс Дана (1813 - 1895 гг.), который ещё до появления  труда Ч. Дарвина впервые чётко заявил, что эволюция живого вещества идет в определённом направлении. Его последователь Ле Конт, основываясь на принципе направленности эволюции, назвал эру, связанную с появлением на Земле человека, психозойской. Ближе к нашему времени известный русский геолог Алексей Петрович Павлов (1854-1929 гг.) говорил об антропогенной эре в эволюции биосферы.

Хорошо сознавая, что труд представляет собой целесообразную деятельность, Вернадский указывал, что  ноосфера, или сфера разума, будет  всё больше и больше определять не только прогресс общества, но и эволюцию биосферы в целом, а через неё и процессы, совершающиеся на Земле. Недаром он рассматривает мысль как планетарное явление.

Эволюционный  процесс получает особое геологическое  значение благодаря тому, что он создал новую геологическую силу - научную мысль социального человечества... Под влиянием научной мысли и человеческого труда биосфера переходит в новое состояние -- в ноосферу.

Каким же образом  человеческая деятельность влияет на процессы в биосфере, как она способствует её эволюции?

Прежде всего  следует отметить, что биологическая  эволюция присуща лишь живому организму (веществу) биосферы, т.е. различным  видам растений и животных и, разумеется, человеку в той мере, в какой  он развивался до возникновения цивилизации и превращения в человека разумного. В дальнейшем эволюция биологического развития человека переходит в эволюцию социальную.

Эволюция живого вещества биосферы приводит к возникновению  новых видов растений и животных, связанных с окружающей средой посредством питания и дыхания, обменом веществ. Такой обмен приводит к миграции, движению атомов от живого вещества к неживому, в особенности к биогенному, в котором живые элементы объединены с неживыми. А всё это во многом меняет характер взаимодействия живого вещества биосферы не только с её неживой частью, но и с остальными сферами оболочки Земли.

В период перехода от биосферы к ноосфере на сцену  выступает такой мощный геохимический  фактор, как постоянно увеличивающееся  количество зелёного живого вещества в биосфере, получаемого посредством расширения посевных площадей и интенсификации земледелия. В результате искусственного отбора новых сортов растений и пород животных значительно ускоряются процессы эволюции, быстрее возникают новые виды. А это в свою очередь в ещё большей степени способствует ускорению процессов обмена между живым и костным веществом в биосфере.

По-видимому, постепенный  переход к ноосфере начался ещё  сотни тысяч лет назад, когда  человек овладел огнём и стал изготовлять первые, несовершенные ещё орудия производства и охоты. Благодаря этому он получил огромное преимущество перед животными, но с геологической точки зрения гораздо более важным был длительный процесс приручения диких стадных животных и создание новых сортов культурных растений. Как известно, именно этот процесс положил начало скотоводству и земледелию, которые исторически привели к первому наиболее значительному разделению общественного труда и систематическому обмену его продуктами между различными племенами. В.И. Вернадский указывает:

Человек этим путём  стал менять окружающий его мир и  создавать для себя новую, не бывшую никогда на Планете живую природу. Огромное значение этого проявилось ещё и в другом - в том, что  он избавился от голода новым путём, лишь в слабой степени известным животным - сознательным, творческим обеспечением от голода и, следовательно, нашёл возможность неограниченного проявления своего размножения.

Что же касается борьбы с животными, то человек одержал  в ней победу по существу с изобретением огнестрельного оружия, и поэтому теперь он должен предпринимать особые меры, чтобы не допустить истребления всех диких животных. Еще большие усилия необходимы для сохранения самой биосферы в связи с многократно возросшими техногенными нагрузками на неё. В связи с этим возникает общая для всего человечества глобальная проблема сохранения окружающей среды и прежде всего живой природы.

4. Современная  концепция экологии

О проблемах  экологии по-настоящему заговорили в 70-е  годы нашего века, когда не только специалисты, но и рядовые граждане почувствовали, какую возрастающую угрозу несёт нынешнему и будущим поколениям техногенная цивилизация. Загрязнение атмосферы, отравление рек и озёр, кислотные дожди, всё увеличивающиеся отходы производства, в особенности использованных радиоактивных веществ и многое другое -всё это проблемы сегодняшнего дня. В связи с этим изменился и сам взгляд на предмет экологии. Сам термин “Экология” был введён Э. Геккелем свыше ста лет назад, и как самостоятельная дисциплина она сформировалась ещё в 1900 г., тем не менее долгое время она оставалась чисто биологической дисциплиной. В настоящее время экология вышла уже из этих узких рамок и стала по сути дела междисциплинарным направлением исследований процессов, связанных с взаимодействием биосферы и общества. Как указывает известный специалист по этим вопросам Ю.Одум, сейчас экология оформилась в принципиально новую интегрированную дисциплину, связывающую физические и биологические явления и образующую мост между естественными и общественными науками.

О связи экологии с общественными и гуманитарными  науками свидетельствует появление  таких её разделов, как социальная, медицинская, историческая, этическая  экологии.

Более подробное  представление об экологии и её задачах  мы получим, если будем рассматривать структуру и динамику различных экологических систем, а также разные уровни их организации.

4.1 Экологические  системы и их структура

К экологическим  системам обычно относят все живые  системы вместе с окружающей средой, начиная от отдельной популяции и кончая биосферой. Все они являются открытыми системами, которые обмениваются с окружающей природной средой веществом, энергией или информацией. Наименьшей единицей экологии является совокупность организмов определённого вида, которые взаимодействуют между собой внутри вида, а вид как целостная структура (система) - с окружающей средой. Следовательно, ни молекулярный, ни клеточный, ни организменный уровни не рассматриваются в экологии, хотя и живая молекула, и клетка, и тем более организм представляют собой открытые системы, которые могут существовать благодаря взаимодействию со средой. Даже отдельные популяции в чистом виде выделить трудно, поскольку в естественной природе они объединяются в более обширные сообщества живых систем и взаимодействуют также с неживой природой.

На популяционном  уровне, как уже указывалось, различают  такие экологические системы, как  биоценозы, биогеоценозы, в которых  сообщества исследуются в тесной связи с неживой природой, почвой, микроклиматом, гидрологией местности и др.

Более крупным  системным объединением в экологии считается биом, который включает в свой состав живые системы и  неживые факторы на обширной территории, например, лиственные породы деревьев на среднерусской возвышенности. Наконец, биосфера охватывает, согласно В.И. Вернадскому, всё живое, биокостное и костное вещество на поверхности нашей Планеты. И хотя она в известных пределах функционирует автономно, но в конечном счёте может существовать и развиваться только за счёт энергии Солнца и поэтому является также отрытой системой, которую в отличие от других систем называют экосферой.

В экосистеме можно  выделить два уровня:

* на верхнем,  автотрофном уровне, который называют  также зелёным поясом, мы встречаемся  с растениями, содержащими хлорофилл  и перерабатывающими солнечную энергию и простые неорганические вещества в сложные органические соединения;

* на нижнем, гетеротрофном уровне происходит  преобразование и разложение  этих органических соединений  в простые.

Таким образом, в механизме трофических или пищевых связей можно выделить следующие элементы: продуценты автотрофных организмов, главным образом зелёных растений, которые могут производить пищу из простых неорганических веществ; фаготрофы, к которым принадлежат гетеротрофные животные, питающиеся другими живыми организмами, растительными и животными; сапротрофы, которые получают энергию путём разложения мёртвых тканей или растворённого органического вещества.