Теоретичний матеріал. Біосфера, її структура та межі. Вчення В. І. Вернадського про біосферу та ноосферу та його значення для уникнення глобальної екологічної кризи

1. Біосфера, її структура та межі

Біосфера (гр. bios – життя, + sphaira – куля) – область поширення на Землі організмів та продуктів їх життєдіяльності.

Біосфера оболонка Землі, склад, структура і енергетика якої в сучасних рисах зумовлені минулою або сучасною діяльністю живих організмів.

Поняття про біосферу не раз змінювалось з часу появи цього слова. Початок вчення про біосферу пов’язують з іменем відомого французького натураліста Ж. Б. Ла-Марка (1802), який запропонував термін "біологія" для всіх живих організмів, що населяють Землю. Визначення біосфери як особливої оболонки Землі та її назва були запропоновані відомим австрійським геологом Е. Зюссом (1875) у його праці з геології Альп. Окремі факти і положення про біосферу знаходимо у працях А. Гумбольдта, В. Докучаєва, Я. Молешотта та інших дослідників.

Детально розробив вчення про біосферу український вчений В. І. Вернадський – перший президент Української Академії наук.

Біосфера, за Вернадським, це оболонка Землі, де жива речовина відіграє домінуючу роль, значно впливає на всі процеси, що в ній відбуваються. Вернадський дав таке визначення біосфери: "Біосфера являє собою оболонку життя – область існування живої речовини".

У численних своїх працях В. І. Вернадський виклав вчення про біосферу як особливу оболонку Землі, яка включає як область поширення живої речовини, так і саму речовину, в якій життєдіяльність організмів (утому числі людини) проявляється як могутній геохімічний фактор планетарного масштабу і значення.

Біосфера включає нижню частину атмосфери (7 км на полюсах і 18 – 20 км на екваторі), всю гідросферу (11 км), і літосферу (до глибини 3 км на суші та 0,5…1 км під дном океану).

За В. І. Вернадським, нижня межа життя в земній корі визначається температурою 100°С, яка спостерігається до глибини 2,5…3,5 км.

Але в 70-х та 80-х роках в нафтогазоносних водах були знайдені мікроорганізми на глибині 4,5…6 км. Якщо включити в біосферу шари атмосфери, де спостерігається перенесення живих організмів, зачатків організмів, то межі по вертикалі будуть становити 25…40 км.

Об’єм біосфери – 10·109 км³ (0.4% об’єму Землі), маса біосфери 3·1018 т – близько 0,05% маси землі (5,96·1027 г).

Компонентами біосфери є жива речовина, гірські породи, вода, повітря, сонячна радіація. Для біосфери є характерним те, що вона включає речовину у твердому, рідкому і газоподібному станах, тобто вона трифазна. Основним джерелом всіх процесів, які в ній відбуваються є сонячна енергія.

У зв’язку з цим для біосфери характерний постійний кругообіг речовини та енергії, в якому найактивнішу роль відіграють живі організми. Область існування живої речовини охоплює атмосферу (до тропопаузи), літосферу (кору вивітрювання), всю гідросферу, тобто біосфера триярусна. Літосфера, гідросфера, атмосфера і жива речовина співвідносяться між собою так, як, наприклад, кам’яна чаша, масою 51,26 кг, вода, масою 45,36 г, копійка і поштова марка.

У межах біосфери існують області, в межах яких активне життя неможливе. Так, у верхніх шарах тропосфери, а також в найбільш холодних і жарких районах земної кулі організми можуть існувати лише в стані спокою. Сукупність таких областей біосфери називають парабіосферою (Хатчінсон, 1972).

Але і в інших областях біосфери, де організми можуть існувати в активному стані, життя розподілене нерівномірно. Неперервний шар живої речовини, як його назвав В. І. Вернадський, займає водну товщу, і вузькою смугою простягається на межі літосфери, і тропосфери, де включає ґрунт з корінням рослин, грибами, мікроорганізмами і тваринами, а також включає приземну частину тропосфери, в якій розміщені частини рослин і переноситься основна маса пилку, спор, насіння.

Цей шар В. Б. Сочава (1944) назвав фітосферою, а Е. М. Лавренко (1949) – фітогеосферою. Потужність фітогеосфери найбільша в океанічних областях, де вона досягає 11 км, по суші вона може досягати 100…150 м.

2. Вчення В. І. Вернадського про біосферу та ноосферу

ВЧЕННЯ ПРО БІОСФЕРУ - це наукове узагальнення принципів організації, властивостей й розвитку біосфери як глобальної екосистеми і пояснення найважливішої ролі, яку виконала і виконує жива речовина на планеті. Основні ідеї про біосферу В. І. Вернадський сформулював у своїй найвідомішій праці «Біосфера» (1926). У подальшому вчення набуло розвитку в багатьох його наукових працях, серед яких «Жива речовина і біосфера», «Хімічна будова біосфери Землі і її оточення», «Наукова думка як планетарне явище» та ін.

Які ж саме положення вчення В. І. Вернадського про біосферу є особливо актуальними в сучасних умовах, коли техногенний вплив людини на природу досягнув чималих масштабів?

1. Цілісність біосфери визначається самовпорядкованістю усіх її процесів. Земні закони руху атомів, перетворення енергії... забезпечують самоорганізацію біосфери. Сонце як основне джерело енергії біосфери регулює життєві процеси на Землі. Окрім того, згідно із сучасними дослідженнями цілісність біосфери, її стабільність і високу надійність функціонування після внесених у неї збурень регулюють і найрізноманітніші механізми біотичної регуляції. Так, М. В. Тимофєєв-Ресовський писав: «...Біосфера землі - велетенська жива фабрика, що перетворює енергію й речовини на Землі - формує і склад атмосфери, і склад розчинів, і через атмосферу - енергетику нашої планети. Вона ж впливає і на клімат».

2. Жива речовина біосфери з найдавніших геологічних часів активно трансформує сонячну енергію в енергію хімічних зв'язків складних органічних речовин. При цьому сутність живого не змінюється, змінюються лише форми існування живої речовини.

3. Що дрібніші організми, то з більшою швидкістю вони розмножуються. Швидкість розмноження залежить від щільності живої речовини.

4. Автотрофні організми отримують всі необхідні для життя речовини з навколишнього середовища. Для життя гетеротрофів необхідні готові органічні сполуки. Поширення фотосинтезуючих організмів обмежується можливістю проникнення сонячної енергії.

5. Активна трансформація живою речовиною космічної енергії супроводжується прагненням до максимальної експансії, прагненням до заповнення всього можливого простору. Цей процес називається «тиском життя».

6. У земній корі відбуваються постійні перетворення речовин, рух атомів і молекул. Закономірності такого переміщення В. І. Вернадський сформулював у вигляді двох біогеохімічних принципів, які називають біосферними постулатами.

• Біогенна міграція атомів хімічних елементів у біосфері завжди прагне до максимального свого прояву.
• Еволюція видів у ході геологічного часу, що призводить до створення форм життя, стійких у біосфері, відбувається в напрямку, що збільшує біогенну міграцію атомів біосфери.

7. Поширення життя на нашій планеті визначається полем стійкості зелених рослин. Максимальне поле життя обмежується крайніми межами виживання організмів, яке залежить від стійкості біохімічних речовин живого до умов середовища.

8. На сучасному рівні розвитку людської цивілізації вона неминуче перетворюється в ноосферу, тобто в сферу, де найважливішу роль у розвитку природи відіграє розум людини (закон ноосфери Вернадського,1944).

НООСФЕРА - стан біосфери, за якого визначальним чинником стає розумова діяльність і праця людини, а характерною рисою - екологізація всіх сфер життя. Поняття ноосфери як оточуючої земну кулю «розумної» оболонки ввели на початку ХХ ст. французькі вчені П. Тейяр де Шарден і Е. Леруа. Заслуга В. І. Вернадського полягає в тому, що він надав цьому терміну наукового змісту. Ноосфера - це такий стан біосфери, за якого мають виявитися розум і спрямована ним праця людини як нова, небувала на планеті, геологічна сила. «Розум вводить у механізм земної кори нові потужні процеси, аналогічних яким до появи людини не було», - писав В. І. Вернадський.

На думку В. І. Вернадського, основними передумовами формування ноосфери є такі.

1. Людство стало єдиним цілим. Світова історія охопила як єдине ціле всю земну кулю.

2. Перетворення засобів зв'язку та обміну. Ноосфера - це єдине організоване ціле, всі частини якого на різноманітних рівнях гармонічно пов'язані, діють погоджено один з одним.

3. Відкриття нових джерел енергії. Створення ноосфери передбачає настільки корінне перетворення людиною природи, що їй ніяк не обійтися без колосальної кількості енергії.

4. Поліпшення добробуту людей. Ноосфера створюється розумом і працею людей.

5. Рівність всіх людей. Ноосфера не може бути привілеєм якої-небудь однієї нації або раси.

Очевидно, що ноосфера в просторі значною мірою перекривається біосферою, але не тотожна їй. Темпи розвитку ноосфери незрівнянно вищі від темпів змін біосфери.

Отже, ноосфера - це біосфера на сучасному етапі її розвитку.

3. Значення вчення Вернадського для уникнення глобальної екологічної кризи

Наприкінці XX ст. людство почало відчувати наближення глобальної екологічної кризи, що на відміну від попередніх криз, охопила всю планету. До розвитку глобальної сучасної екологічної кризи призвели: ріст кількості населення Землі, промислово-енергетичний чинник, занепад духовності, низька екологічна культура.

Ознаками екологічної кризи є:

• 1) прискорене виснаження відновлюваних і вичерпання невідновлюваних природних ресурсів;
• 2) локальне забруднення компонентів біосфери випереджає їх можливості природного самоочищення, внаслідок чого перетворені й змінені місця існування стають непридатними для життя;
• 3) порушення біогеохімічних циклів й функцій живої речовини внаслідок втрати біорізноманіття й появи стійких ксенобіотиків.

Віра В. І. Вернадського в здатність людини, людської цивілізації екологічно безпечно користуватись природними ресурсами, науково обґрунтовано ставитись до природи і поступово вдосконалювати її у потрібному для людини напрямі привела до висновку про вищий етап розвитку біосфери, її переходу в ноосферу. Він вважав, що негативні аспекти людської техногенної діяльності є тимчасовими і мають бути переборені. А поки що доводиться констатувати, що загроза виживанню людини є реальною. В. І. Вернадський уперше звернув увагу на стійкість біосфери і зробив оптимістичний на той час висновок: стабільність та самоорганізованість біосфери є надійною запорукою неможливості глобальних екологічних криз.

Організація сталого розвитку людської цивілізації може стати стратегією виживання людства.

Отже, вчення про ноосферу стало основою нової картини світу, що спрямована передусім на знання як істину в пізнанні, на перегляд усієї сукупності традиційних світоглядних уявлень про місце і роль людини у природі.