Понятие «биосфера» ввел в геологию австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 г. Классифицируя оболочки Земли, он выделил в них ту область, где существует жизнь. Она охватывает пространство верхних слоев литосферы, всю гидросферу и нижние слои атмосферы. Учение о биосфере связано с именем нашего крупного отечественного ученого, геохимика В. И. Вернадского. Он впервые представил биосферу не только как место пребывания жизни, но и как полностью преобразованную ею часть планеты. Основная идея учения В. И. Вернадского о биосфере — признание жизни мощной и активной силой, не только сравнимой по результатам действия с геологическими явлениями, но и превосходящей их по ряду величин.

Биосфера, по В.И.Вернадскому, приспособлена к жизни и жизнью воссоздаваема. Любой реальный организм неразрывно связан с окружающей средой, и можно отделить

96

его от нее только мысленно. Через организмы проходят вихри химических элементов из окружающей среды.
сякий организм … постоянно, неудержимо, захватывает прямо или косвенно лучистую энергию Солнца и превращает ее в свободную, т.е. способную производить работу, химическую энергию. Значительная часть лучистой энергии Солнца, достигающей земной поверхности, таким образом захватывается и превращается в новую форму. Особенно геохимически важен такой захват зелеными растениями». В геохимии планеты жизнь проявляется совместным действием множества отдельных организмов, а геохимические последствия их деятельности грандиозны.

Для того чтобы иметь возможность изучать роль жизни в геохимии планеты и сравнивать с другими формами нахождения элементов (минералами, горными породами, магмами, водными растворами и т.п.) В. И. Вернадский предложил ввести понятие «живое вещество». «Я буду называть живым веществом, — писал он, — совокупность живых организмов, выраженную в весе, в химическом составе, в мерах энергии и характере пространства. Прилагая новую мерку изучения жизни, совершенно отличную от обычной, мы подходим к явлениям и перспективам, до сих пор невиданным. Сложный эффект мельчайших явлений, не привлекавших до сих пор внимания в биологических науках, принимает неожиданные размеры».

В. И. Вернадский подчеркивал, что жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхности. Под ее влиянием эти атомы находятся в непрерывном, интенсивном движении. Из них все время создаются миллионы разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва миллиарды лет.
а земной поверхности, — писал В. И. Вернадский, — нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». Прекращение жизни было бы неизбежно связано с прекращением химических изменений поверхности Земли— биосферы. «С исчезновением жизни на земной поверхности шли бы лишь медленные, от нас скрытые изменения, связанные с земной тектоникой. Они проявлялись бы не в наши годы и столетия, а в годы и столетия геологического времени. Лик Земли стал бы так же неизменен и химически инертен, как является неподвижным лик Луны, как инертны осколки небесных светил, захватываемые притяжением Земли. метеориты. Так жизнь является великим, постоянным и непрерывным нарушителем химической косности поверхности нашей планеты».

97

Идеи В. И. Вернадского, высказанные ими впервые в 20-х годах ХХ века, намного опередили состояние современной ему науки и в должной мере были оценены лишь спустя несколько десятилетий, после возникновения учения об экосистемах. Стало очевидным, что биосферу следует рассматривать как самую крупную, глобальную экосистему, поддерживающую себя круговоротом веществ и потоками солнечной энергии .Последующие исследования подтвердили многие положения учения о биосфере.

Биосфера распространена на несколько километров вверх и вниз от поверхности земли и океана. Ее верхняя граница определяется в атмосфере слоем озона — озоновым экраном, защищающим жизнь от губительного коротковолнового ультрафиолетового излучения на высоте 16 — 25 км.
е живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Однако, химический состав атмосферы выше озонового слоя во многом определяется деятельностью живого вещества. Вся гидросфера пронизана жизнью до самых больших глубин (около 11 км). Вглубь литосферы живые организмы могут проникать до 3-4 км, как показали находки бактерий при глубоком бурении. Здесь ограничивающим фактором является высокая температура глубинных пород и подземных вод, превышающая 100 градусов. Однако и более глубокие породы относятся к области биосферы, поскольку даже в метаморфизированном, переработанном в глубинах Земли виде, они представляют собой слои, созданные когда-то на дне океана при участии жизни.

Все вещество биосферы разделено В.И.Вернадским на четыре категории: косное, живое, биогенное и биокосное. Косное — это совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых живые организмы не участвуют. Биогенное — создается и перерабатывается живыми организмами. Оно концентрирует в себе мощную потенциальную энергию (угли, нефть, известняки, битумы и др.). После его образования живые организмы в биогенном веществе малодеятельны. Биокосное — особое вещество, создается живыми организмами и биокосными процессами, представляя системы динамического равновесия. Живые организмы играют ведущую роль в поддержании свойств биокосных веществ. Ими являются все природные воды, почвы, кора выветривания. Так, вода, лишенная жизни и ее производных — кислорода, углекислоты и т.п. в условиях земной поверхности является телом химически мало деятельным, инертным.

В. И. Вернадский указывал на широкое поле устойчивости жизни и ее «всюдность» в биосфере. Крайние пределы температур, которые выносят организмы, не теряя жизнеспособности (в латентном состоянии) — от практически абсолютного нуля до

98

+ 180 — 200 градусов — дают интервал почти в 500 градусов. Жизнь существует при давлении от долей атмосферы на большой высоте до тысячи и более атмосфер на больших глубинах, а в экспериментах некоторые формы выдерживают и полный вакуум. Различные виды, особенно бактерий, могут существовать в широком диапазоне химических условий среды: в атмосфере свободного кислорода и полностью без кислорода, в горячих борных источниках, насыщенных растворах поваренной соли, купороса, селитры, в растворах фтористого натрия, сулемы и т.п. Некоторые особо устойчивые формы могут выдерживать даже высокие дозы ионизирующей радиации — бактерии обнаружены в котлах действующих реакторов, а инфузории выдерживают облучение в 3 млн. доз превышающее естественный радиоактивный фон Земли. В биосфере нет мест, которые не были бы заняты той или иной формой жизни, ее нет только в жерлах действующих вулканов.

Наряду с этим жизнь в биосфере распространена неравномерно, мозаично. Она слабо выражена в холодных и жарких пустынях, высоко в горах, в центрах океанов. Высокая концентрация, богатство и разнообразие жизни присущи областям раздела разных сред: газообразной, жидкой и твердой.
знь сосредоточена на контакте литосферы и атмосферы (наземная жизнь и особенно — в почвах), атмосферы и гидросферы (поверхностные слои океана), литосферы и гидросферы (дно водоемов). Особенно богаты жизнью области , где почвы, вода и воздух близко соседствуют друг с другом — побережья и мелководья морей, лиманы, эстуарии рек . Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал «пленками жизни».

Суммарный химический состав живого вещества свидетельствует, что жизнь — это химическое производное земной коры, «плоть от плоти» Земли. По относительному числу атомов в литосфере наиболее распространены (более 1%) :кислород, кремний, алюминий, железо, натрий, водород, кальций, магний, калий. В гидросфере преобладают атомы водорода и кислорода, в атмосфере — азота и кислорода, в живом веществе — водород, кислород и углерод. Живое вещество в основном состоит из элементов, образующих газообразные и растворимые в воде соединения. В живых организмах 99,9% массы приходится на те 14 элементов, которые преобладают и в земной коре (98,9%), хотя находятся в ней в других соотношениях. На воспроизведение тех реакций, которые протекают в организмах с помощью катализаторов — ферментов, потребовались бы в неживой природе огромные затраты энергии.

Живое вещество совершает на Земле огромную геохимическую «работу».

99

В.
Вернадский рассматривал биосферу прежде всего как область превращений космической энергии. До него еще К.А.Тимирязев говорил о космической роли зеленых растений. Основная планетарная функция живого вещества — это связывание и запасание, концентрирование солнечной энергии. Эта энергия расходуется затем в большом количестве геохимических процессов. Современными исследователями подсчитано. что ежегодная продукция в биосфере составляет 2, 32 х 1011 т. Следовательно, только за миллиард лет вся наработанная масса живого вещества весит в 10 раз больше земной коры, а длительность существования жизни на планете, по последним данным — около четырех миллиардов лет. Сжигая в топках уголь, газ или нефть, мы используем солнечную энергию, законсервированную живыми организмами далекого прошлого — мезозойской, палеозойской и протерозойской эры.

Газовая функция живого вещества заключается в создании и поддержании состава современной атмосферы. В настоящее время имеется достаточно много убедительных доказательств того, что атмосфера на ранней Земле была бескислородной и включала другие газы. Считается, что их состав был сходен с теми, которые выбрасывают действующие ныне вулканы. Предполагается преобладание окислов углерода (угарного и углекислого газов), метана, водорода, аммиака, значительные примеси серы и ее соединений, «кислых дымов» HCl и HF и др. Главные составляющие современной атмосферы — молекулярный азот , кислород и углекислый газ — производные жизни. Кислород — самый распространенный в верхних слоях планеты элемент — содержался на древней Земле в связанном виде.

Свободный кислород атмосферы накоплен в процессах фотосинтеза, за счет активности цианобактерий («синезеленых водорослей») и зеленых растений. Другие его источники на Земле, например, фотодиссоциация молекул воды в верхних слоях атмосферы, дают ничтожную массу. В.И.Вернадский отмечал исключительную роль этого соединения в истории биосферы. «Свободный кислород… в форме газа и еще больше в водных растворах играет совершенно исключительную роль во всех химических реакциях земной поверхности. Можно сказать, что он своим присутствием меняет весь их ход.Свободный кислород — самый могущественный деятель из всех известных нам химических тел земной коры. Он изменяет — окисляет — огромное количество химических соединений, он всегда находится в движении, все время вступает в соединения. История всех циклических элементов земной коры определяется их отношением к свободному кислороду». Озон и перекись водорода, присутствующие в

100

атмосфере, также генетически связаны с жизнью, так как подавляющая масса кислорода, из которой они образуются, является продуктом живого вещества.

Современный растительный покров продуцирует за год 430-470 млрд. т молекулярного кислорода. В пресных и океанических водах этого газа содержится от 9 до 14 мг/л.

Молекулярный азот стал накапливаться в атмосфере за счет окисления поступающего из недр Земли аммиака. Первые количества кислорода, освобождаемого фотосинтезом, шли на окисление газов атмосферы и горных пород. Атомы в молекуле азота объединены очень прочной связью, на разрыв которой требуется много энергии. Атмосферный азот поэтому инертен, трудно вовлекается в реакции. Атмосфера стала его гигантским резервуаром.

Углекислый газ в составе современного воздуха — также почти исключительно производное жизни. Он поступает в атмосферу в результате дыхания многочисленных организмов, включая растения. Наибольшее его количество выделяется живым миром почв. Первоначально углекислый газ попадает в воздушную и водную оболочки Земли в продуктах дегазации мантии, но не накапливается в них. Его удаление происходит главным образом при образовании карбонатов, как химическим, так и биологическим путем, а также при использовании в процессах фотосинтеза. Современные источники углекислого газа из недр планеты поставляют лишь 0,01% от выделенного живыми организмами, а общее содержание в атмосфере составляет около 0,03%

К газам органического происхождения относятся также сероводород, метан и множество других соединений, поставляемых в воздушную среду жизнедеятельностью разных видов. Например, гектар можжевелового или соснового леса может выделить за день до 30 кг летучих веществ — фитонцидов. Продуцируя и потребляя газообразные вещества, организмы биосферы поддерживают постоянство состава воздушной оболочки Земли.

К концентрационной функции живого вещества В. И. Вернадский относил те процессы организма, которые сводятся к избирательному выбору из окружающей среды определенных химических элементов.
сть таких элементов входит в состав тел всех живых существ, а часть — встречается только у определенных групп. У некоторых организмов концентрация отдельных элементов составляет более 10% от веса тела. Такие организмы ученый предложил называть по элементу; кремневые, серные, железные. Кремневыми, например, являются радиолярии, диатомовые водоросли, многие губки.

101

Железными — железобактерии, до 20% веса которых составляет этот элемент. К магниевым организмам следует относить литотамниевые водоросли, к кальциевым — моллюсков, фораминифер, плеченогих, некоторых ракообразных. При содержании какого-либо элемента, заметно превышающего его концентрацию в окружающей среде и составляющего 1 -2 процента от веса тела, организмы относятся к группе богатых этим элементом. Так, богаты кремнием злаки, хвощи; богаты фосфором дрожжи, все позвоночные животные; хлором — растения-солянки; калием — водоросли Макроцистис; йодом — некоторые морские губки, водоросли ламинарии и фукусы. Отмирая и захораниваясь в массе, они образуют скопления этих веществ, формируя горные породы. Органогенные породы давно выделялись геологами : известняковые хребты, состоящие из остатков раковин морских животных, залежи угля. Но в целом роль живых организмов в образовании пород считалась второстепенной. В.И.Вернадский показал большую роль живого вещества в формировании всех осадочных горных пород, включая такие, как глины, пески и др. Он пришел к выводу, что и гранитные породы образовались за счет переплавления осадочных, и в своем начальном происхождении также связаны с влиянием жизни. Многие из пород, концентрирующих отдельные элементы, человек использует как полезные ископаемые: железные руды, бокситы, фосфориты, известняки и многие другие.

Окислительно-восстановительная функция живого вещества также подчеркивалась В. И. Вернадским. В биосфере постоянно идет окисление более бедных кислородом соединений (в почвах, коре выветривания и в гидросфере): солей, закиси железа и закиси марганца, нитрита, сероводорода, азота и др. Эта функция выполняется, прежде всего, бактериями. Восстановительные процессы резко выражены для сульфатов с образованием сероводорода. В результате возникают пирит и другие сульфиды, образующие часто крупные скопления и залежи в земной коре.

Биогенное перемещение атомов — также одна из функций живого вещества на планете. Кроме вовлечения в химические реакции, вещества перемещаются живыми организмами и в пространстве. Растения выносят химические элементы из почвы на ее поверхность, формируя свои тела порой до десятков метров в высоту. Перемещают большие массы почвы и грунтов роющие животные. На далекие расстояния разносят вещество летающие организмы. Эти процессы, умноженные на время, выявляют грандиозные масштабы происходящего.

102

Одна из важнейших биогеохимических функций на Земле — деструкционная. Она заключается в разложении создаваемой биологической продукции и возвращении биогенных элементов в окружающую среду. В осуществление этого процесса включено огромное разнообразие живых организмов. Многие органические соединения (целлюлоза, лигнин и др.) обладают высокой прочностью и устойчивостью, они не разрушаются в природе в отсутствии редуцентов. На планете постоянно идет гигантская работа по минерализации созданного органического вещества. Параллельно протекает процесс гумификации: часть промежуточных продуктов распада в результате деятельности разных групп организмов вступает в новый синтез, образуя гумус — сложный комплекс веществ, богатых энергией. Гумус является основой почвенного плодородия. Он разлагается определенными микроорганизмами очень медленно и постепенно, обеспечивая постоянство и надежность в снабжении растений биогенными элементами.

Продукты минерализации органических веществ, растворяясь в природных водах, многократно усиливают их химическую активность в разрушении горных пород.

Стабильность биосферы основывается на биогеохимических круговоротах веществ.

Глобальный биогеохимический круговорот вещества представляет собой систему сложно переплетенных циклов химических элементов. Круговороты планетарного масштаба создаются из бесчисленных циклических перемещений атомов, движимых жизнедеятельностью организмов в отдельных экосистемах, и тех перемещений, которые вызываются причинами геологического и ландшафтного характера: поверхностный и подземный сток, ветровая эрозия, вулканизм, горообразование, движение морского дна и т.п. Различают малые и большие круговороты, т.е. локальные и общепланетарные.

Биологические круговороты характеризует неполная замкнутость. Часть химических элементов и их соединений выпадает из общей циркуляции и скапливается вне живых организмов. Так постепенно накапливались кислород и азот атмосферы, горючие ископаемые, осадочные породы. Незамкнутость циклов может быть ничтожной, но помноженная на геологическое время, она приводит к глобальным эффектам, к изменеиям состояния и структуры биосферы. Современная биосфера сильно отличается от биосферы прошедших времен, когда, например, господствовали только микроорганизмы, или когда сложная жизнь была развита только в океане.

Главным для биосферы является цикл органического углерода.

Биологический цикл углерода определяется первичной продукцией организмов за счет фотосинтеза растений и цианобактерий, частично — хемосинтезирующих бактерий и

103

последующей деструкцией созданного органического вещества всеми, как аэробными, так и анаэробными организмами. Конечный продукт деструкции — углекислый газ, связывающий цикл органического углерода с неорганическим и с циклом кислорода. Основные запасы углерода находятся в связанном виде в осадочных породах Земли ( в основном в составе карбонатов), значительная часть растворена в водах океана, и относительно небольшая часть присутствует в составе воздуха. Общие пропорции углерода в литосфере, гидросфере и атмосфере, по уточненным расчетам, 28570: 57: 1.

Таким образом, в биологическом круговороте участвуют лишь доли процента от общего его количества на Земле. Атмосфера и гидросфера представляют обменный фонд, откуда его черпают зеленые растения. Выделение углерода из недр Земли в составе вулканических газов примерно равно скорости погружения его вглубь литосферы в составе осадочных пород, т.е. большой геологический цикл углерода уравновешен. Из биологических круговоротов на суше и в океане часть углерода надолго выводится из-за недостаточной скорости деструкционных процессов. Так образуются залежи горючих ископаемых, обогащение органическим углеродом осадочных пород и смыкание большого и малого круговоротов. Временным резервуаром углерода являются тела долгоживущих организмов и запасы мертвой органики (мортмассы), еще не успевшей разложиться, и почвенного гумуса. В растительном покрове суши связано 4,5 х 1011 т С, в почве — 7 х 1011 т. Экосистемы могут оказаться накопителями органического углерода даже при низкой продуктивности, все определяет отставание скорости разложения от скорости создания органического вещества. К таким экосистемам относятся, например, болота, моховые тундры, таежные леса с большим запасом подстилки.

Суммарная биомасса организмов зависит от количества углерода, участвующего в системе биологического круговорота. Известную регуляторную роль играет растительность, которая способна до некоторых пределов поглощать избыток углекислого газа воздуха и резервировать углерод в своих телах, увеличивая продуктивность и биомассу. Углекислый газ относится к парниковым, и даже небольшое увеличение его содержания в воздухе может заметно повлиять на средние температуры и климат Земли. Поэтому уменьшение суммарной массы растительности, особенно лесной, при современных масштабах антропогенного уничтожения лесов, грозит подрывом тонкого равновесия в цикле органического углерода, связанного и с циклами многих других веществ в биосфере.

104

Кислород. Находится в основном в составе воды и минералов. Это самый распространенный химический элемент на Земле. Свободный молекулярный кислород накапливается в биосфере как побочный продукт фотосинтеза и используется на дыхание организмов и окисление всех недоокисленных веществ на поверхности Земли . Растворимость кислорода в воде невелика, его концентрация, при полном насыщении, в среднем в 21 раз ниже, чем в воздухе. Резерва, имеющегося в воздушной среде, при прекращении фотосинтеза хватило бы не более чем на 2000 лет. Накопление О2 в атмосфере и гидросфере происходит в результате неполной замкнутости цикла углерода. Захоронение органики в осадочных породах, углях, торфах послужило основой поддержания обменного фонда О2 в атмосфере. Современное человечество усиленно «работает» на уменьшение запасов свободного кислорода в биосфере. Этому способствует сведение лесов и беспрецедентное связывание О2 за счет сжигания топлива промышленностью и транспортом. Оно достигло уже почти 14 млрд. т в год, что составляет почти тридцатую часть поставляемого растительностью кислорода, т.е. вполне сопоставимо по масштабам с биосферными процессами.

Азот. Входит в состав важнейших органических молекул — ДНК, белков, липопротеидов, АТФ, хлорофилла и др. Его общее отношение к углероду в биомассе составляет 16:106. Недостаток азота часто является фактором, лимитирующим биологическую продукцию. Молекулярный азот атмосферы недоступен растениям. Ассимиляция ими азота возможна только из его связанных форм — аммиака, нитратов, мочевины. Биологический круговорот азота поэтому целиком поддерживается деятельностью бактерий. Многие из них обладают способностью к фиксации атмосферного азота. Этот процесс требует больших затрат энергии на разрыв прочных связей между двумя атомами азота. Аммонифицирующие бактерии, разлагая органическое вещество, переводят азот в аммиачную форму, а продолжающие этот процесс нитрификаторы окисляют его до нитритов и нитратов. Денитрифицирующие бактерии завершают цикл, освобождая азот из нитратов и переводя вновь в молекулярную форму. Растения, усваивая азот на потоке его превращений бактериями, не могли бы существовать без бактериальной системы этого круговорота.

Независимый от жизнедеятельности бактерий механизм вовлечения молекулярного азота в биологические циклы — разряды молний, способствующие возникновению аммиака и нитрата. Однако, эти процессы не восполняют потерь при денитрификации. Современная промышленность удобрений фиксирует азот атмосферы в количествах,

105

превышающих природную азотфиксацию. Избытки нитратов, поступающих через загрязнение вод и продуктов питания к человеку, угрожают его здоровью. Деятельность человека все сильнее влияет на круговорот азота в природе.

Фосфор. Входит в состав нуклеиновых кислот, энергетических молекул АТФ и АДФ, фосфолипидов клеточных мембран, скелетных тканей животных. Его среднее отношение к органическому углероду в биомассе составляет 1 : 106. Специфика круговорота фосфора связана с тем, что он не образует летучих соединений и плохо растворим в воде. Источником доступного растениям фосфора является в основном его выщелачивание из подстилающих почвы горных пород. На суше из разлагающейся органики соединения фосфора возвращаются в почву, но частично вымываются в водоемы и, в конечном счете, в океан. В воде они почти не остаются в растворенном виде , а захораниваются в осадках, переходя в систему геологического круговорота. Дефицит фосфора в центрах океанов — один из главных лимитирующих факторов продуктивности водорослей в фотическом слое. Но и у берегов континентов в морских экосистемах жизнь рассчитана на невысокие концентрации фосфора. В биосфере, по сути дела, осуществляется однонаправленный поток фосфора из горных пород суши в глубины океана, и обменный фонд его в гидросфере очень ограничен. Промышленное производство фосфорных удобрений усиливает поступление этого элемента, через смыв с полей, в пресные водоемы и является одной из главных причин их бурной эвтрофикации, а также грозит нарушением природного равновесия в морях.

Все биогеохимические циклы элементов связаны друг с другом в общую систему, поскольку атомы, имеющие разную «судьбу» в атмосфере, гидросфере и литосфере, вступают друг с другом в реакции, объединяясь в разных пропорциях в составе органических молекул.

Все химические элементы, используемые в процессах жизнедеятельности организмов, совершают постоянные перемещения, переходя из живых тел в соединения неживой природы и обратно. Возможность многократного использования одних и тех же атомов делает жизнь на Земле практически вечной при условии постоянного притока нужного количества энергии. Однако формы жизни меняются и влияют на геологическую историю.

Историю Земли делят на три большие отрезка — архей (первые два миллиарда лет ее существования), протерозой (следующие два миллиарда лет) и фанерозой, который начался около 570 млн. лет назад. В архее господствовали бактериальные формы жизни

106

при отсутствии озонового экрана над Землей. Образующийся в результате фотосинтеза цианобактерий кислород шел на окисление восстановленных и недоокисленных соединений в атмосфере и гидросфере. В протерозое началось накопление свободного кислорода, приведшее к расцвету аэробных эукариотических одноклеточных организмов (простейших и водорослей), а к концу протерозоя — и многоклеточных форм. Фанерозой начался со взрывного образования многоклеточных скелетных животных, в возникновении которых большую роль сыграло дальнейшее увеличение концентрации кислорода в атмосфере и воде. Формирование в результате этого полноценного озонового экрана сделало возможным выход сложных форм жизни на сушу, возникновение растительного покрова, уменьшение сноса в океан продуктов эрозии. Почти 370 млн. лет на суше шумят леса, но сначала они состояли из споровых растений, а затем сменились голосеменными и покрытосеменными. Почвы из примитивных сначала пленочных сменились, под первыми лесами, полуводными образованиями, в анаэробных условиях которых шло захоронение древесины с последующим превращением в каменные угли. В современных почвах, имеющих развитый профиль, господствуют аэробные процессы разложения органики, идут активные процессы минерализации и образуются резервы гумуса. Жизнь на Земле, с одной стороны, вечна, а с другой — изменяема.

Процессы изменения биосферы многократно усилились с возникновением и развитием человеческого общества. Они идут по нарастающей, быстро ускоряющимися темпами. Угрожающе увеличивается риск сбоев в природной саморегуляции устойчивости биосферы. Перед современным человечеством встает вопрос о саморегуляции в меняющемся мире, поскольку масштабы его отрицательного влияния на окружающую среду сравнимы с биосферными процессами. В связи с этим в центр внимания выдвигается идея «устойчивого развития», провозглашенная в 1992 г. на Международном форуме в Рио-де-Жанейро. Мировому сообществу приходится решать задачи, по масштабам не имеющие себе равных в истории человеческого общества. Становится понятным, что человечество может продолжать развиваться на планете только при условии принятия в расчет экологических ограничений, на которых основывается стабильность всей биосферы. Международные рекомендации всем государствам — развитие экологической политики, в основу которой должны быть положены:

1. содействие восстановлению ресурсов, предельно экономному использованию из них невозобновимых и переход на технологии. потребления в основном возобновимых со строгим соблюдением норм их изъятия; 2. жесткие нормы предельного загрязнения среды

107

с развитием новых технологий, способствующих снижению этого загрязнения; 3. охрану редких экосистем и видов, сохранение биологического разнообразия планеты, с достаточной мерой ответственности за нарушения.

В целом вопрос стоит о том, как вписать экономическое развитие общества в экологические ограничения биосферы. Отсюда вырастает роль развития экологической науки и экологического образования. Не нарушать природное равновесие в такой грандиозной по сложности природной системе как биосфера можно только хорошо зная закономерности ее функционирования. Надо уметь определять емкость среды, устанавливать формы и пределы допустимого воздействия, чего нельзя сделать без опоры на фундамент знаний, собираемых кропотливым трудом ученых .

Естественно, что необходимым условием устойчивого развития общества является достаточно высокая экологическая культура населения. Еще в 1977 г. на Международной конференции в Тбилиси было признано необходимым и приоритетным экологическое и природоохранное просвещение всех социальных и возрастных групп населения, т.е. «непрерывное экологическое образование».

Решение экологических проблем связано, прежде всего, с осознанием всем населением планеты масштабов надвигающейся экологической катастрофы, важности обеспечения экологической безопасности, охраны природы и изменения всего стиля хозяйствования человечества на Земле. В .И. Вернадский оптимистично отмечал приближение «ноосферы» — времени, когда биосферные процессы будут регулироваться разумом человека. Глобальное влияние человека на биосферу уже наглядно проявляется, и в основном отрицательно, но до разумной регуляции мощных природных сил пока еще далеко, хотя человечество уже знает, в каком направлении надо действовать. Очевидно, что это требует гигантских объединенных усилий науки, экономики, политики и просвещения.

Вопросы к лекции 8.

1. Что такое биосфера? В чем основная суть идеи биосферы В. И. Вернадского?

2. Как сформировался газовый состав современной атмосферы?

3. Какие изменения произвела жизнь на планете за время ее существования?

4. В чем заключаются главные механизмы устойчивости жизни на Земле?

5. Почему для человечества главным становится вопрос своего «устойчивого развития»?

Соотношения диаметров острия, маховика и стержня «волчка жизни» могут быть в разных экосистемах различными, но чтобы волчок не падал, они не могут быть произвольными. Внутри биосферы должны быть территориально сбалансированы экосистемы более низкого порядка. Иными словами, на Земле должно быть необходимое количество тундр, лесов, пустынь и т. д. — как биомов, а внутри биома тундр должна сохраняться оптимальная тундровость, внутри биома хвойных лесов — оптимальная лесистость и т. д. И так до самых мелких биогеоценозов. Значительные преобразования внутри биомов и смещение в них

Рис. 13.4. Глобальная экологическая пирамида. Объяснение в тексте.

219
равновесия между экосистемами низшего порядка неминуемо вызывают саморегуляцию на высшем уровне. Это отражается на многих природных процессах — от изменения глубины залегания грунтовых вод до перераспределения воздушных потоков. Аналосичное явление наблюдается и на уровне очень крупных систем биосферы при изменении соотношения между территориями биомов. В ходе освоения земель, в самом широком понимании этого слова, нарушается и компонентное, и территориальное равновесие. До определенной степени это допустимо и даже необходимо, ибо только в неравновесном состоянии экосистемы способны давать полезную продукцию (вспомним формулу чистой продукции сообщества). Но, не зная меры, человек стремится получить больше, чем может дать природа, забывая, что запасы имеют фундамент из великого множества элементов, пока не входящих в понятие «ресурсы».
Современное потребление продукции биосферы достигло 7% чистой первичной продукции суши, и это уже привело к нарушению биохимического круговорота в биосфере, замкнутость которого может поддерживаться биотой только для биологически накапливаемых биогенов. По расчетам В.Г. Горшкова (1986, 1988), такая ситуация будет продолжаться до тех пор, пока потребление первичной продукции не станет превышать 1% (доля потребления продукции всеми крупными животными). Однако для возвращения биосферы в стационарное состояние человечеству придется затрачивать энергию и труд, так как необходимо будет взять на себя те функции, которые раньше выполняла биосфера. При этом следует помнить, что КПД природных экосистем низок и не превышает 10%. Отсюда становится понятным, что необходимое для возвращения биосферы в устойчивое состояние количество энергии должно быть огромным. Человечеству пора оценить свои энергетические и прочие возможности для собственного спасения.