Разработал учение о биосфере Владимир Иванович Вернадский ("Биосфера"
1926 г). Биосфера - общепланетарная оболочка, обусловленная деятельностью живых организмов в течение геологического времени.
I. Строение биосферы.
В состав биосферы входят (рис. 45):
1. Воздушная оболочка (нижняя часть атмосферы - тропосфера).
2. Водная оболочка (вся гидросфера).
3. Твердая оболочка (верхняя часть литосферы).
Воздушная оболочка. Верхняя граница жизни в атмосфере доходит до высоты около 22 км, где ещё обнаруживаются живые организмы, занесенные восходящими потоками воздуха. Именно на этой высоте находится озоновый слой; все живое, поднявшееся выше, уничтожается жестким ультрафиолетовым облучением. Химический состав атмосферы регулируется деятельностью живых организмов и протеканием геохимических процессов на планете. Из четырех основных газов атмосферы (азот - 78%, кислород - 21%, аргон - 0,9%, СО2 - 0,03%) только аргон не связан с жизнедеятельностью живых организмов. Водная оболочка. Гидросфера занимает 70% поверхности Земли. Нижняя граница жизни достигает глубины 11 км. Химический состав гидросферы формируется под действием организмов непосредственно или косвенно. 96,5% воды гидросферы сосредоточено в океанах, 1,7% это льды, 1,7% подземные воды и др. Пресной воды в гидросфере всего 2,8%, из них 62% сосредоточено в Антарктиде в виде льда.
Твердая оболочка. Максимальное количество организмов литосферы сосредоточено в почве, всего в нескольких метрах. Исходным материалом для почвообразования служат поверхностные слои горных пород, которые подвергаются действию климатических факторов, микроорганизмов, растений и животных. Отмирание и разложение животных приводит к аккумулированию биологических элементов почвы (гумус). Основоположник учения о почвах - В.В. Докучаев. В литосфере жизнь обнаружена до 7500 м глубины (нефтяные бактерии), вследствие движения земной коры. Органогенное происхождение в литосфере имеют: известняк, диатомит, угли, горючие сланцы, нефть, торфы, сапропели, марганцевые руды, железные руды, фосфориты, бокситы и т.д.
II. Компоненты биосферы.
В состав биосферы входят:
1. Живое вещество - совокупность всех организмов в целом (биомасса планеты).
2. Биогенное вещество - создается и преобразуется в процессе жизнедеятельности организмов.
3. Косное вещество - образуется без участия живых организмов.
4. Биокосное вещество - результат совместной деятельности живых организмов и абиогенных процессов (почва).
Живое вещество составляет 0,01% массы земной коры. Распределение живых организмов на поверхности Земли неравномерно. Масса живого вещества, располагающегося на поверхности суши , составляет 99,87%, соответственно водного 0,13%. Биомасса растений 99%, животных 1%. Человечество от всей биомассы составляет 0,0002%.
III. Биотический круговорот (миграция элементов) - это циркуляция веществ между почвой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами (рис. 46).
"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 разнообразных соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древнейшей археозойской эры до нашего времени" (В.И. Вернадский).
В результате этих процессов наблюдается баланс между автотрофами и гетеротрофами, в основе которого лежит циркуляция веществ. Одно и то же вещество многократно используется для построения живой материи. Так, круговорот воды составляет 2 млн лет, углерода - 300 лет, кислорода - 2000 лет. В биосфере практически все атомы почти всех элементов прошли через состояние живого вещества.
IV. Современное состояние биосферы
Самой мощной химической силой на Земле до появления человека было живое вещество в целом. Но появившийся человек приобрел особые свойства, такие как разум и производные от него социальную организацию и производственную деятельность, что позволило ему приспосабливать окружающую среду к своим потребностям. Благодаря этому человечество улучшило условия жизни, что сказалось на ее продолжительности и укреплении здоровья населения. Но имеются и негативные моменты, устранение которых привело бы к более выраженному улучшению перечисленных показателей.
Геохимическая мощь человечества на данном этапе превосходит силу самого живого вещества, неразумное использование которой нарушает поток элементов и гомеостаз биосферы. Антропогенное воздействие влияет на все оболочки биосферы.
Воздействие на литосферу. Литосфера в своем составе содержит максимальное количество живого вещества. С 1600 с Земли исчезло 63 вида и 55 подвидов млекопитающих, 103 вида и подвида птиц, 21 вид рептилий и 23 вида рыб. Около 600 видов позвоночных на грани полного истребления. Ежегодно полностью исчезает 1-2 вида организмов. Это приводит к упрощению сложных природных экосистем, чем нарушается их устойчивость.
Сейчас 10% поверхности земли - пахотные земли, которые лишь в редуцированном виде повторяют биогеоценоз и функционально неполноценны; в связи с этим они не могут существовать без минеральных удобрений, пестицидов, гербицидов, дефолиантов. При этом обрабатываемые почвы теряют в среднем 1-2% гумуса в год.
В настоящее время лесами покрыта одна треть суши. В доисторическое время лесами было занято не менее 70 % суши. В районах древних цивилизаций лес был безвозвратно уничтожен. Сейчас вырубка леса продолжается с возрастающими темпами. Ежегодно вырубается 100000 км2 леса. Вырубка леса и распахивание территории приводит к опустыниванию Земли.
За время существования человечества общая масса живых организмов сократилась. За последние 300 лет биомасса уменьшилась на четверть. Воздействие на атмосферу. Для производства энергии человек сжигает топливо, в результате чего происходит выброс СО2. Ежегодный выброс углекислого газа составляет около 5 миллиардов тонн. За последние 100 лет концентрация СО2 в атмосфере увеличилась на 10-12%. СО2 препятствует тепловому излучению земли, что приводит к, так называемому, парниковому эффекту. На данный момент температура Земли повысилась на 0,5- 0,6°С, что привело к поднятию уровня океана за последние 100 лет на 10-14 см. Но кроме СО2 парниковыми газами являются и другие антропогенные загрязнители атмосферы, такие как метан (CH4), закись азота (N2O), хлор-фтор-углероды, "галоны" и др. Таким образом, в случае продолжения увеличения выбросов этих газов потепление может идти более резкими темпами. Выброс в атмосферу оксида серы (SO2) в год составляет около 146 млн тонн, а закиси азота (N2O) 53 млн. тонн. Эти вещества в определенных условиях в атмосфере реагируют с водой, образуя серную (H2SO4) и азотную кислоту (HNO3), что приводит к выпадению "кислотных" дождей. Подкисление почвы и водоемов существенно изменяет ценозы. Эта проблема наиболее характерна для северного полушария.
Следующая глобальная проблема - нарушение озонового слоя. Озоновый слой (О3) образуется в атмосфере на высоте в среднем 20 - 25 км в результате действия солнечного излучения на кислород (О2); он защищает Землю от ультрафиолетового облучения (УФО). Попадая в верхние слои атмосферы, некоторые антропогенные газы (такие как хлор-фтор-углероды, закись азота и др.) окисляют озон, что приводит к истончению озонового слоя, крайним проявлением которого является появление "озоновых дыр" (снижение содержания озона на 40 %). В результате этого увеличивается УФ облучение поверхности Земли, что приводит к нарушению экосистем и вредному влиянию на здоровье человека. Воздействие на гидросферу. По данным ВОЗ (Всемирная Организация Здравоохранения) 80% всех болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством воды или ее нехваткой. Сооружение каналов, переброска водостока рек приводит к истощению грунтовых вод, осушению территорий, засыханию лесов, а нерациональное использование воды в области земледелия приводит к засолению почв. В настоящее время в мире подверглись засолению и не дают урожая 40 - 45 млн га земли.
Сооружение плотин нарушает путь миграции рыб, что приводит к резкому уменьшению их численности. Химическое загрязнение воздействует на все оболочки биосферы. Загрязнители номер один - пестициды, вещества, используемые для уничтожения вредителей сельского хозяйства. К ним относится очень большой спектр химических веществ. Печально известный пример - ДДТ (ди-хлор-дифинил-трихлорэтан). Он широко использовался в 50-60-х годах, так как был высокоэффективным не только в борьбе с вредителями сельского хозяйства, но и с комарами, как переносчиками малярии, но оказался токсичным и очень устойчивым во внешней среде. В районах бесконтрольного его применения детская смертность возросла в 5 раз. И после запрета ДДТ в 1964 году, он до сих пор содержится в организмах, так как время его распада составляет 150 лет.
На втором месте, по токсикологическим оценкам "стресс-индексов"загрязнителей веществ - тяжелые металлы. Содержание тяжелых металлов в городах и промышленных центрах превышает нормативы в 10 - 20 раз. В теле современного человека, по сравнению с первобытными людьми, тяжелых металлов содержится в 50 раз больше. Тяжелые металлы обладают широким спектром действия (например, свинец и ртуть действуют на ЦНС, а также обладают эмбриотоксическим и мутагенным эффектом).
Это лишь отдельно взятые примеры; спектр опасных химических веществ, попадающих во внешнюю среду, значительно больше и с каждым годом он увеличивается. Ежегодно синтезируется около 250 тысяч новых веществ, из них около 500 начинают использовать.
Таким образом, действия человека уже нарушили биосферный гомеостаз. В связи с этим, какие имеются дальнейшие перспективы развития биосферы? Можно выделить два пути: 1 путь - дальнейшее неконтролируемое воздействие на биосферу, которое приведет к экологической катастрофе; 2 путь - ноосфера - сфера разумного регулирования процессов, происходящих в биосфере.
V. Ноосфера - это биосфера Земли, гармонично измененная научной мыслью и производственной деятельностью человека.
Сейчас только начальный этап рождения ноосферы, человек только учится целенаправленному, разумному воздействию на биосферу. На этом пути сделаны уже первые шаги. Запрещены испытания ядерного оружия в атмосфере и гидросфере. Приняты соглашения по очистке мирового океана от нефти. Приняты ограничения выброса многих химических веществ во внешнюю среду. Созданы национальные парки, заказники, биосферные заповедники. Созданы международные организации при ООН, ЮНЕСКО и ЮНЕП, координирующие и направляющие усилия разных стран в этом направлении. Объявлен "Всемирный день охраны окружающей среды" - 5 июня.
Но эти и другие мероприятия - только первые шаги на пути сохранения гомеостаза биосферы.
